ПЕРФОРАТОР С МУЛЬТИПЛИКАТОРОМ ДЛЯ ВТОРИЧНОГО ВСКРЫТИЯ ПЛАСТОВ Российский патент 2011 года по МПК E21B43/112 

Предложение 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 и разрушения цементного кольца в интервале перфорации.

Из уровня техники известны гидропескоструйные перфораторы для обсадных колонн (SU 1716105 А1, МПК Е21В 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.

Известны гидромеханические перфораторы с использованием режущего инструмента в виде накатных дисков. Такое устройство раскрыто, например, в RU 2247226 С1, МПК Е21В 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 Е21В 43/114, (10.01.2007), 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 также имеет ряд недостатков:

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

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

- возврат пробойников за счет пружин. В случае разрушения пружин или потери ими упругих свойств, возврат пробойников, после формирования отверстий, становится практически невозможным, что приведет к серьезной аварии;

- сложность конструкции.

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

Технический результат, обеспечиваемый при решении указанной задачи, состоит в упрощении конструкции перфоратора при обеспечении гарантированного возврата пуансонов за счет использования гидравлического распределителя потока, а также создании необходимого и достаточного усилия для формирования отверстий в эксплуатационных колоннах различной твердости и толщины стенок.

Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для перфорирования скважин, содержащее корпус, соединенный с насосно-компрессорными трубами (НКТ), по меньшей мере, два пробойника, каждый из которых установлен в корпусе в цилиндре с штоковой и бесштоковой полостями с возможностью перемещения в радиальном направлении в результате создания в цилиндрах давления рабочей жидкости, отличается тем, что оно снабжено мультипликатором для преобразования давления рабочей жидкости и гидравлическим распределителем потока, соединенным с полостями цилиндров пробойников и кинематически связанным с поршнем мультипликатора с возможностью его переключения и передачи давления рабочей жидкости поочередно в штоковые и бесштоковые полости цилиндров и последующего сброса давления в полость колонны для перемещения пробойников и прокола колонны, а также возврата их в исходное положение.

Целесообразно, чтобы пробойники были размещены с угловым смещением между их осями, обеспечивающим равномерное расположение проколов по окружности колонны, например 12 пробойников размещены с угловым смещением 30 градусов.

На чертеже схематично приведена конструкция перфоратора. Корпус 1 перфоратора соединен с одной стороны с колонной НКТ 2, а с другой - с мультипликатором, состоящим из последовательно смонтированных цилиндров 3 и 4 со ступенчатыми поршнями 5 и 6 соответственно, увеличивающими давление рабочей жидкости, поступающей в распределитель 7 потока, также содержащий последовательно установленные цилиндры, имеющий полость 8 высокого давления, перекрываемую обратным клапаном 9, установленным в сквозном канале поршней 5 и 6. Последний по ходу поршень 6 (нижний) при перемещении в полость 8 высокого давления взаимодействует с размещенным в полости распределителя 7 потока пружинным упором 10, воздействующим на сердечник распределителя 7 потока и обеспечивающим переключение потока рабочей жидкости. Канал "P" соединяет полости цилиндра распределителя 7 потока с полостью 8 высокого давления. Канал "В" соединяет полость цилиндра распределителя 7 со штоковыми полостями цилиндров 11 с размещенными в них пробойниками 12, а канал «Тв» - полость распределителя 6 с полостью колонны 13. Канал "А" соединяет полость цилиндра распределителя 7 потока с бесштоковыми полостями цилиндров 11 с пробойниками 12, а канал "T_А" соединяет бесштоковые полости цилиндров 11 с внутренней полостью колонны 13. Пружина 14, установленная в цилиндре распределителя 7 потока, обеспечивает возврат его сердечника и пружинного упора 10 в исходное положение.

Перфоратор работает следующим образом.

Через НКТ 2 подается ограниченное рабочее давление в полости мультипликатора (преобразователя давления) и в соединенные друг с другом каналами рабочие бесштоковые полости цилиндров 11 по каналам «Р» и «А».

Пробойники (пуансоны) 12 выходят и упираются в стенку колонны 13 по всей окружности колонны 13 с угловым интервалом 30°.

Затем под действием давления начинают перемещаться поршни 5 и 6 мультипликатора, создавая высокое давление в полости 8, которое по каналам «Р» и «А» передается в рабочие штоковые полости цилиндров 11, соединенные друг с другом каналами, и происходит прокол колонны 13. Рабочая жидкость из штоковых полостей цилиндров 11 выдавливается по каналам «В» и «Т_В» в колонну 13.

В конце хода поршня 6 мультипликатора он нажимает на пружинный упор 10, который воздействует на сердечник и переключает распределитель 7 потока, и канал «Р» соединяется с каналом «В». Рабочее давление поступает в штоковые полости цилиндров 11, а бесштоковые полости соединяются через каналы «А» и «Т_А» с внутренней полостью колонны 13. Происходит возврат пробойников (пуансонов) 12 в исходное положение. Рабочий цикл формирования отверстий в колонне закончен.

В НКТ 2 сбрасывается давление, и пружины мультипликатора возвращают поршни 5 и 6 в исходное положение. Пружинный упор 10 возвращается в исходное положение, и распределитель 7 потока от пружины 14 также возвращается в исходное положение.

Обратный клапан 9 открывает сквозной канал в поршнях 5 и 6, через который происходило заполнение полости 8 и бесштоковых полостей цилиндров 11. При рабочем ходе поршней 5 и 6 в полости 8 создается высокое давление, которое закрывает обратный клапан 9.

Технико-экономические преимущества данного устройства.

1. Достаточная простота и надежность конструкции.

2. Получен гарантированный возврат пробойников за счет применения в устройстве гидравлического распределителя потока.

3. Использование мультипликатора позволяет создать необходимое и достаточное усилие для формирования отверстий в эксплуатационных колоннах различных марок твердости и толщины стенок.

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации скважин, а именно к устройству для вторичного вскрытия продуктивных пластов. Технический результат - увеличение простоты конструкции перфоратора, а также создание необходимого и достаточного усилия для формирования отверстий в эксплуатационных колоннах различной твердости и толщины стенок. Устройство для перфорирования скважин включает корпус, соединенный с насосно-компрессорными трубами (НКТ), пробойники, установленные с возможностью перемещения в радиальном направлении в результате создания давления рабочей жидкости. Мультипликатор для преобразования давления рабочей жидкости выполнен в виде установленных последовательно цилиндров, поршень последнего из которых по ходу кинематически связан с гидравлическим распределителем потока с возможностью его переключения для передачи давления рабочей жидкости для перемещения пробойников и прокола колонны, а также возврата их в исходное положение. Пробойники установлены в цилиндрах, имеющих штоковую и бесштоковую полости, а гидравлический распределитель соединен с ними каналами с возможностью поочередного соединения их с мультипликатором и с внутренней полостью колонны. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для перфорирования скважин, содержащее корпус, соединенный с насосно-компрессорными трубами (НКТ), по меньшей мере, два пробойника, каждый из которых установлен в корпусе в цилиндре с штоковой и бесштоковой полостями с возможностью перемещения в радиальном направлении в результате создания в цилиндрах давления рабочей жидкости, отличающееся тем, что оно снабжено мультипликатором для преобразования давления рабочей жидкости и гидравлическим распределителем потока, соединенным с полостями цилиндров пробойников и кинематически связанным с поршнем мультипликатора с возможностью его переключения и передачи давления рабочей жидкости поочередно в штоковые и бесштоковые полости цилиндров и последующего сброса давления в полость колонны для перемещения пробойников и прокола колонны, а также возврата их в исходное положение.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пробойники размещены с угловым смещением между их осями, обеспечивающим равномерное расположение проколов по окружности колонны.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидравлический распределитель потока снабжен пружиной для его возврата в исходное положение после сброса давления рабочей жидкости.