УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ПЕРФОРАТОРА СКВАЖИН С КОЛОННОЙ НКТ Российский патент 2009 года по МПК E21B17/03 E21B43/11 

Предложение относится к области бурения и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, а именно к устройству для вторичного вскрытия пластов путем создания в эксплуатационных колоннах перфорационных щелей и формирования фильтрационных каналов в призабойной зоне пласта.

Из уровня техники известны устройства для щелевой перфорации обсадных колонн, основанные на использовании режущего инструмента в виде выдвижного накатного ролика. Такое устройство раскрыто, например, в RU 2182221 С1, 10.05.2002; RU 2151858 C1, 27.06.2000; RU 2087683 C1, 20.08.1997; RU 2030563 C1, 10.03.1995; RU 2007549 C1, 15.02.1994; US 4119151 A, 10.10.1978; US 4220201 A, 02.09.1980. Описываемые устройства отличаются в основном конструкцией механизма крепления и выдвижения режущего инструмента. Во всех устройствах использовано жесткое соединение перфоратора с колонной насосно-компрессорных труб (ПКТ).

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для соединения гидромеханического перфоратора с колонной НКТ по патенту RU 2182221 C1, 10.05.2002. Перфоратор включает корпус, выдвижной режущий инструмент в виде накатного диска, гидромониторную насадку и клиновой паз со съемными пластинами, расположенными под углом к оси устройства. Перфоратор соединен с колонной насосно-компрессорных труб при помощи жесткого резьбового соединения. Однако при перфорации наклонно-направленных скважин в колонне НКТ возникает прогиб и изгибающий момент. В месте резьбового соединения перфоратора с НКТ при всех значениях зенитного угла действует максимальный изгибающий момент, в результате которого НКТ может деформироваться, а в сочетании с «кривизной» и «кручением» колонна НКТ в искривленной скважине, при возвратно-поступательном движении, создает крутящий момент, который воспринимается перфоратором и режущими дисками, при прорезании щелей. В результате этого происходит возникновение дополнительных нагрузок на режущий узел, заклинивание режущих дисков в щели и их разрушение (аварийный случай), а также ослабление резьбовых соединений корпуса перфоратора, что приводит к потере герметичности, под большим давлением рабочей жидкостью размывается ослабленное резьбовое соединение, что приводит к падению рабочего давления и как следствие прекращению работы и необходимости замены перфоратора.

Задачей предлагаемого решения является улучшение технологичности, повышение производительности процесса и надежности работы режущего узла перфоратора.

Технический результат, который обеспечивает предложенное решение, заключается в возможности включать в состав перфоратора соединение, подвижное для его крепления с колонной НКТ, что позволяет увеличить механическую скорость работы перфоратора и делает его более надежным и универсальным.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для соединения перфоратора скважин с колонной НКТ, содержащее корпус гидроцилиндра перфоратора и циркуляционный клапан для соединения корпуса НКТ, снабжено подвижной муфтой, расположенной между циркуляционным клапаном и корпусом гидроцилиндра перфоратора и закрепленной на этом корпусе, и соединительной втулкой, закрепленной на циркуляционном клапане и расположенной одной своей частью в сопрягаемой полости циркуляционного клапана и другой - в полости муфты с возможностью свободного вращения соединительной втулки относительно муфты.

Муфта установлена с зазором относительно торца циркуляционного клапана, а соединительная втулка - с зазором относительно торца корпуса гидроцилиндра перфоратора. Муфта закреплена на корпусе гидроцилиндра перфоратора с помощью резьбового соединения, а втулка закреплена на циркуляционном клапане с помощью резьбового соединения.

Соединение перфоратора с колонной НКТ при помощи подвижной муфты полностью исключает воздействие крутящего момента НКТ на перфоратор и режущий узел при прорезании щели.

На чертеже показан узел соединения перфоратора с колонной НКТ через подвижную муфту.

Колонна НКТ соединена резьбовым соединением с циркуляционным клапаном 1. Между циркуляционным клапаном 1 и корпусом 2 гидроцилиндра перфоратора установлены подвижная муфта 3 и связанная с ней с возможностью свободного вращения относительно нее втулка 4 соединительная.

Муфта 3 смонтирована на корпусе 2 гидроцилиндра перфоратора с помощью резьбового соединения, прикрепляя свободно вращающуюся соединительную втулку 4 с гарантируемым зазором по всей ее наружной поверхности Д. Для исключения попадания рабочей жидкости в зазор использованы уплотнения 5. Зазор между корпусом 2 и соединительной втулкой 4 составляет h₁=1,5 мм.

Для сборки циркуляционного клапана 1 и соединительной втулки 4 используются отверстия 6. После закрепления зазор между циркуляционным клапаном 1 и муфтой 3 составляет h=0,5 мм.

Таким образом, подвеска НКТ крепится к циркуляционному клапану 1, он при помощи резьбового соединения прикрепляется к свободно вращающейся соединительной втулке 4, а соединительная втулка 4 при помощи муфты 3 крепится к корпусу 2 гидроцилиндра перфоратора.

При использовании такого соединения перфоратора с колонной НКТ полностью исключаются радиальные нагрузки на режущие ролики прибора, которые могут привести к их заклиниванию при прорезании щелей.

На колонне насосно-компрессорных труб перфоратор спускается в скважину в заданный интервал перфорации. Установив устройство в скважине, производят прямую промывку полости труб и устройства от различных механических примесей, окалины, попадающих в полость труб во время геофизических работ по привязке перфоратора к заданному интервалу. Затем в полость труб бросают шар малого диаметра, который, пройдя через подвеску труб и полый шток перфоратора, опускается в посадочное гнездо поршня-толкателя и перекрывает центральный промывочный канал. После этого в НКТ создают рабочее давление и начинают воздействовать на поршень-толкатель, который, передвигаясь поступательно вдоль оси прибора, выталкивает режущий узел с одним или двумя режущими дисками.

Ступенчато создавая давление от 1,0 до 8,0 МПа в полости НКТ, перемещают перфоратор вверх-вниз и производят постепенное вдавливание режущих дисков в стенку эксплуатационной колонны. При этом в искривленной скважине при возвратно-поступательном движении колонной НКТ создается крутящий момент, который воздействует на режущие ролики перфоратора.

При применении подвижного соединения перфоратора с колонной НКТ полностью исключаются радиальные нагрузки на режущие ролики прибора, которые могут привести к их заклиниванию при прорезании щелей, за счет свободно вращающейся втулки 4 между жестко соединенным с НКТ циркуляционным клапаном 1 и корпусом 2 перфоратора.

После образования перфорационных щелей в эксплуатационной колонне давление в полости труб поднимают до 15,0 МПа, реализуя гидромониторный эффект струи. Струи жидкости, истекая из гидромониторных насадок с огромной скоростью, разрушают цементный камень и горную породу за эксплуатационной колонной, формируя фильтрационные каналы. Затем давление в полости труб снижается до атмосферного, и под действием возвратной пружины режущий узел втягивается в перфоратор.

Приведенное описание работы устройства не ограничивает конструкцию перфоратора. Обязательным в данном случае является лишь наличие корпуса 2, соединяемого с НКТ с помощью подвижной муфты 3, и режущего узла. Конструкция режущих элементов и схема передачи рабочего давления может быть различной.

Технико-экономические преимущества предложенного устройства заключаются в том, что за счет использования подвижного соединения снимаются дополнительные нагрузки на режущий узел перфоратора, увеличиваются время его работы без замены режущего узла, механическая скорость, надежность, безаварийность и рентабельность работы перфоратора.

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, а именно к устройству для вторичного вскрытия пластов путем создания в эксплуатационных колоннах перфорационных щелей и формирования фильтрационных каналов в призабойной зоне пласта. Технический результат - увеличение механической скорости работы перфоратора, что делает его более надежным и универсальным. Устройство для соединения перфоратора скважин с колонной НКТ содержит корпус гидроцилиндра перфоратора и циркуляционный клапан для соединения корпуса с НКТ. Подвижная муфта расположена между циркуляционным клапаном и корпусом гидроцилиндра перфоратора. Муфта закреплена на корпусе гидроцилиндра перфоратора, соединительная втулка закреплена на циркуляционном клапане и расположена одной своей частью в сопрягаемой полости циркуляционного клапана и другой - в полости муфты с возможностью свободного вращения соединительной втулки относительно муфты. Муфта установлена с зазором относительно торца циркуляционного клапана, а соединительная втулка - с зазором относительно торца корпуса гидроцилиндра перфоратора. Муфта закреплена на корпусе гидроцилиндра перфоратора с помощью резьбового соединения, а втулка закреплена на циркуляционном клапане с помощью резьбового соединения. 2 з.н. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для соединения перфоратора скважин с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ), содержащее корпус гидроцилиндра перфоратора и циркуляционный клапан для соединения корпуса с НКТ, отличающийся тем, что оно снабжено подвижной муфтой, расположенной между циркуляционным клапаном и корпусом гидроцилиндра и закрепленной на корпусе гидроцилиндра, и соединительной втулкой, закрепленной на циркуляционном клапане и расположенной одной своей частью в сопрягаемой полости циркуляционного клапана и другой - в полости муфты с возможностью свободного вращения соединительной втулки относительно муфты, при этом муфта установлена с зазором относительно торца циркуляционного клапана, а соединительная втулка - с зазором относительно торца корпуса гидроцилиндра.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что муфта закреплена на корпусе гидроцилиндра с помощью резьбового соединения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что втулка закреплена на циркуляционном клапане с помощью резьбового соединения.