УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПЕРФОРАЦИОННЫХ КАНАЛОВ ГЛУБОКОГО ПРОНИКНОВЕНИЯ В НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИНАХ Российский патент 2010 года по МПК E21B43/114 

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, а именно к устройству для вторичного вскрытия продуктивных пластов путем создания перфорационных отверстий в эксплуатационных колоннах нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, разрушения цементного кольца и создания каналов глубокого проникновения в интервале перфорации.

Из уровня техники известны различные устройства для вторичного вскрытия пласта, например:

- гидропескоструйные перфораторы для обсадных колонн - SU 1716105 A1, МПК E21B 43/114, 29.02.1992, работа которых основана на формировании перфорационных отверстий под воздействием гидроабразивной струи рабочей жидкости. Недостатком таких перфораторов является быстрый износ гидромониторных насадок, что приводит к необходимости дополнительных спуско-подъемных операций для их замены и, как следствие, к увеличению продолжительности процесса и материальных затрат;

- гидромеханические перфораторы с использованием режущего инструмента в виде накатных дисков. Такое устройство раскрыто, например, в RU 2247226 C1, МПК E21B 43/112, 27.02.2005. Перфоратор содержит корпус, выдвижной режущий инструмент в виде установленных на осях двух режущих дисков, поршень-толкатель с центральным и двумя боковыми гидроканалами, оборудованными двумя гидромониторными насадками. Практически все известные гидромеханические перфораторы, используемые для вскрытия обсадных колонн, формируют одну или две щели, расположенные в одной плоскости, что не позволяет долгое время противостоять горному давлению, составляющему десятки МПа. Как следствие - геологический эффект от применения технологии кратковременен, а нарушенная крепь скважины остается, в результате чего возникает большая вероятность смятия эксплуатационной колонны. Кроме этого, такое расположение щелей не позволяет наиболее полно охватить всю продуктивную часть нефтяного пласта.

Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является устройство для перфорации скважин, раскрытое в RU 60132 U1, МПК E21B 43/114, (2006.01), которое содержит корпус с размещенным в его цилиндрической полости поршнем, который соединен с насосно-компрессорными трубами (НКТ), два пробойника, каждый из которых имеет один промывочный канал, фиксаторы, предназначенные для удержания устройства на необходимом уровне перфорации, при этом пробойник установлен с возможностью перемещения в радиальном направлении посредством соответствующего силового цилиндра, сообщенного с цилиндрической полостью корпуса с возможностью обеспечения перемещения пробойников в результате создания давления рабочей жидкости в цилиндрической полости корпуса под действием веса подвески НКТ.

Однако данное устройство имеет ряд серьезных недостатков:

- величина создаваемого рабочего давления зависит только от веса подвески НКТ;

- наличие промывочных каналов без перекрывающих обратных клапанов приводит к увеличению расхода жидкости, в результате необходимо увеличивать и рабочее давление, чтобы создать усилие, необходимое для формирования отверстий в эксплуатационной колонне;

- сложность конструкции.

Задачей предлагаемого решения является улучшение технологичности, повышение производительности процесса перфорации и качества вскрытия пласта.

Технический результат, который достигается при решении указанной задачи, состоит в обеспечении гарантированного возврата пробойников после снятия рабочего давления в НКТ при одновременном обеспечении необходимого повышенного рабочего давления на поршнях пробойников.

Указанная задача решена за счет того, что устройство для создания перфорационных каналов в скважинах, содержащее размещенные в корпусе пробойники, каждый из которых имеет поршень и промывочный канал для подачи рабочей жидкости и установлен с возможностью перемещения в радиальном направлении под воздействием давления рабочей жидкости, согласно данному изобретению снабжено установленным в корпусе преобразователем давления, предназначенным для соединения с насосно-компрессорными трубами (НКТ) и имеющим сквозной канал, проходящий через его поршень и плунжер, а также гидромеханическим замком переключения потока жидкости, установленным в указанном канале и выполненным с возможностью открытия при создании в НКТ давления рабочей жидкости и обеспечения подачи потока рабочей жидкости из НКТ в полость корпуса и воздействия на поршни пробойников и с возможностью закрытия при снятии в НКТ давления рабочей жидкости.

Кроме того, гидромеханический замок переключения потока жидкости может включать два обратных клапана, подпружиненных в противоположные стороны, при этом седло первого клапана закреплено на поршне преобразователя давления, а седло второго обратного клапана связано с плунжером преобразователя давления, а указанный плунжер подпружинен в сторону поршня преобразователя давления.

Пробойники предпочтительно размещены попарно с угловым смещением осей пробойников каждой пары друг относительно друга и со смещением пробойников вдоль оси устройства, совпадающей с осью преобразователя давления.

На фиг.1 показан один из вариантов предлагаемого устройства в осевом разрезе.

На фиг.2 показан поперечный разрез устройства в случае использования шести пар пробойников.

На фиг.3 схематично приведен один из вариантов конструкции гидромеханического замка переключения потока жидкости.

Устройство для создания перфорационных каналов глубокого проникновения включает (фиг.1) установленную в колонне 1 муфту 2 с циркуляционным клапаном и фильтром, преобразователь 3 давления (мультипликатор), в который встроен гидромеханический замок переключения потока жидкости, корпус 4 с рабочими поршнями 11 и связанными с ними пробойниками 10. Цилиндр преобразователя 3 давления соединен с корпусом 4 посредством цилиндра 20, в полости которого создается рабочее давление. В частности, в корпусе 4 могут быть размещены шесть пар пробойников - все пробойники на разных уровнях вдоль оси устройства и с шагом между парами по окружности 60° (фиг.2).

Гидромеханический замок переключения потока жидкости схематично показан на фиг.3. Преобразователь 3 давления выполнен со сквозным каналом 14-15, проходящим через его поршень 5 и плунжер 9. В поршень 5 преобразователя 3 давления встроены обратные клапаны 6 и 7, подпружиненные в противоположные стороны. Плунжер 9 выполнен с упором 8. Каждый пробойник 10 связан со своим рабочим поршнем 11, который оснащен обратным клапаном 12, расположенным в промывочном канале 17 и подпружиненным в сторону надпоршневой полости, сообщенной с полостью 13 цилиндра 20. Устройство может быть оснащено пружиной 21, размещенной на плунжере 9 для обеспечения возврата плунжера 9 и поршня 5 в исходное положение при снятии давления рабочей жидкости.

Устройство работает следующим образом.

При подаче рабочей жидкости по НКТ в полость 18 под давлением P₁ обратный клапан 6 открывает канал 14, а обратный клапан 7 закрывает. Жидкость под давлением P₁ воздействует на поршень 5 и перемещает его в цилиндре на расстояние "L", при котором открывается обратный клапан 7 упором 19, связанным с плунжером 9, и жидкость по центральному каналу 15 поступает в полость 13 и по каналу 16 - в полости рабочих поршней 11, перемещая рабочие поршни 11 с пробойниками 10 до соприкосновения с колонной 1. При дальнейшем перемещении поршня 5 плунжер 9 создает в полости 13 повышенное давление

где Д₁ - диаметр поршня 5, а Д₂ - диаметр плунжера 9, при котором обратный клапан 6 закрывает канал 14, и пробойники 17 формируют отверстия в стенке эксплуатационной колонны 1. Через каналы 17 в рабочих поршнях 11 с обратными клапанами 12 рабочая жидкость осуществляет разрушение породы в заколонном пространстве. По окончании времени размывки заколонного пространства в НКТ снимается избыточное давление жидкости P₁. Усилие сжатой пружины 21 перемещает поршень 5 с плунжером 9 в исходное положение. При перемещении поршня 5 в исходное положение упор 19 освобождает обратный клапан 7, который перекрывает центральный канал 15. В полости 13 создается пониженное давление (вакуум) по сравнению с затрубным давлением Р_к, при котором закрываются обратные клапаны 12 в рабочих поршнях 11. Избыточное затрубное давление Р_к возвращает рабочие поршни 11 с пробойниками 10 в исходное положение. Прибор в исходном положении и готов к последующему формированию отверстий в колонне.

При варианте создания принудительного избыточного затрубного давления жидкости Р_к относительно столба жидкости в НКТ преобразователь 3 давления упрощается в конструкции, уменьшаются его габаритные размеры в связи с выводом из его конструкции пружины 21 возврата, поршня 5 с плунжером 9.

Устройство имеет достаточно простую и надежную конструкцию. Гидравлический замок переключения потока жидкости обеспечивают гарантированный возврат поршней.

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, а именно к устройству для вторичного вскрытия продуктивных пластов путем создания перфорационных отверстий в эксплуатационных колоннах нефтяных, газовых и нагнетательных скважин. Технический результат - улучшение технологичности, повышение производительности процесса перфорации и качества вскрытия пласта. Устройство для создания перфорационных каналов в скважинах содержит размещенные в корпусе пробойники, каждый из которых имеет поршень и промывочный канал для подачи рабочей жидкости и установлен с возможностью перемещения в радиальном направлении под воздействием давления рабочей жидкости. Устройство снабжено установленным в корпусе преобразователем давления, предназначенным для соединения с насосно-компрессорными трубами (НКТ) и имеющим сквозной канал, проходящий через его поршень и плунжер, а также гидромеханическим замком переключения потока жидкости. При этом гидромеханический замок установлен в указанном канале и включает два обратных клапана, подпружиненных в противоположные стороны. Плунжер выполнен с упором, взаимодействующим с первым обратным клапаном с возможностью его открытия при создании в НКТ давления рабочей жидкости и обеспечения подачи потока рабочей жидкости из НКТ в полость корпуса и воздействия на поршни пробойников. При этом седло второго обратного клапана закреплено на поршне преобразователя давления с возможностью закрытия при снятии в НКТ давления рабочей жидкости. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для создания перфорационных каналов в скважинах, содержащее размещенные в корпусе пробойники, каждый из которых имеет поршень и промывочный канал для подачи рабочей жидкости и установлен с возможностью перемещения в радиальном направлении под воздействием давления рабочей жидкости, отличающееся тем, что оно снабжено установленным в корпусе преобразователем давления, предназначенным для соединения с насосно-компрессорными трубами (НКТ) и имеющим сквозной канал, проходящий через его поршень и плунжер, а также гидромеханическим замком переключения потока жидкости, который установлен в указанном канале и включает два обратных клапана, подпружиненных в противоположные стороны, плунжер выполнен с упором, взаимодействующим с первым обратным клапаном с возможностью его открытия при создании в НКТ давления рабочей жидкости и обеспечения подачи потока рабочей жидкости из НКТ в полость корпуса и воздействия на поршни пробойников, а седло второго обратного клапана закреплено на поршне преобразователя давления с возможностью закрытия при снятии в НКТ давления рабочей жидкости.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что плунжер подпружинен в сторону поршня преобразователя давления.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пробойники размещены попарно с угловым смещением осей пробойников каждой пары относительно друг друга и со смещением пробойников вдоль оси устройства, совпадающей с осью преобразователя давления.