СИСТЕМА ДЛЯ ПЕРФОРАЦИИ ОБСАЖЕННЫХ СКВАЖИН Российский патент 2019 года по МПК E21B43/112 

Изобретение относится к средствам добычи жидких или газообразных текучих сред из буровых скважин и может применяться при проведении на скважине глубоко проникающей перфорации первичного или повторного вскрытия продуктивных пластов.

Известна система для перфорации обсаженных скважин по патенту на изобретение №2321728 (опубл. 10.04.2006.), включающая насосно-компрессорные трубы, прижимное устройство, якорь, подвеску в виде каротажного кабеля, на котором установлены скважинные механизмы и аппаратура, содержащие геофизический блок, винтовой забойный двигатель, гибкий вал с режущим инструментом на конце, рычажно-пружинным механизмом стопорения, установленным перед геофизическим блоком, плунжером в концевой части винтового забойного двигателя, пружинным демпфером, направляющим устройством с каналом для гибкого вала и с наклонной нижней частью, подвижно соединенной с наклонной верхней частью прижимного устройства, выполненного в виде клинового механизма, при этом упомянутые выше механизмы и аппаратура в зоне от рычажно-пружинного механизма стопорения до направляющего устройства помещены в корпус из прецизионных трубчатых элементов, установленных на конце насосно-компрессорных труб, нижняя часть которого соединена с направляющим устройством, а прижимное устройство установлено на якоре, закрепленном в обсадной трубе.

Недостатком данного решения является то, что поток промывочной жидкости не регулируется, что, не способствует стабилизации работы винтового забойного двигателя. Таким образом, система для перфорации по прототипу не обеспечивает стабильный режим сверления обсадной колонны, плавную подачу инструмента для вскрытия, а также стабильность во время всего процесса вскрытия продуктивного пласта. Это снижает надежность работы системы для перфорации.

Известна система для перфорации обсаженных скважин по патенту на ПМ №109208 (опубл. 05.05.2011), включающая насосно-компрессорные трубы, прижимное устройство, якорь, подвеску в виде каротажного кабеля, на котором установлены скважинные механизмы и аппаратура, содержащие геофизический блок, винтовой забойный двигатель, гибкий вал с режущим инструментом на конце. Система для перфорации обсаженных скважин снабжена рычажно-пружинным механизмом стопорения, установленным перед геофизическим блоком, плунжером в концевой части винтового забойного двигателя, пружинным демпфером, направляющим устройством с каналом для гибкого вала и с наклонной нижней частью, подвижно соединенной с наклонной верхней частью прижимного устройства, выполненного в виде клинового механизма, при этом упомянутые выше механизмы и аппаратура в зоне от рычажно-пружинного механизма стопорения до направляющего устройства помещены в корпус из прецизионных трубчатых элементов, установленный на конце насосно-компрессорных труб, нижняя часть которого соединена с направляющим устройством, а прижимное устройство установлено на якоре, закрепленном в обсадной трубе.

Недостатком системы для перфорации обсаженных скважин является то, что при отключении рычажно-пружинного механизма стопорения после запуска винтового забойного двигателя, возникает неконтролируемый промежуток времени. В этот промежуток времени под действием силы тяжести выемной части и давления промывочной жидкости, возникает результирующая сила на каротажный кабель, направленная в сторону потока промывочной жидкости (вниз по оси корпуса установки). В результате действующей силы на каротажный кабель возникает максимальное его удлинение, вследствие этого удлинения может возникнуть удар инструмента о стены обсадной колонны и вызвать поломку гибкого вала или режущего инструмента. В результате, процесс вскрытия пласта может остановиться или возникнуть аварийная ситуация. В итоге предложенная в прототипе система для перфорации не обеспечивает стабильной и постоянной работы (зависит от давления промывочной жидкости, а свою очередь давление промывочной жидкости зависит от глубины интервала вскрытия продуктивного пласта). Таким образом, система для перфорации по прототипу не обеспечивает стабильный режим сверления обсадной колонны, плавную подачу инструмента для вскрытия, а также стабильность во время всего процесса вскрытия продуктивного пласта. Это снижает надежность работы системы для перфорации.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности, стабильности и эффективности работы установки радиального вскрытия пласта, плавной подачи инструмента для вскрытия продуктивного пласта, а именно: стабильность и плавная подача инструмента во время всего процесса вскрытия продуктивного пласта.

Технический результат - обеспечение стабильного (безаварийного) режима сверления обсадной колонны и заданной глубины вскрытия продуктивного пласта, плавной подачи инструмента, а также уменьшение затрат времени в среднем на 3 часа на 1 канал.

Для достижения указанного технического результата в системе для перфорации обсаженных скважин: включающей насосно-компрессорные трубы, прижимное устройство, якорь, подвеску в виде каротажного кабеля, винтовой забойный двигатель, гибкий вал с режущим инструментом на конце, поршень размещен в демпфирующем устройстве, которое расположено между винтовым забойным двигателем и гибким валом, причем демпфирующее устройство выполнено в виде трубы, квадратного сечения, а поршень также выполнен квадратного сечения и соединен с гибким валом, корпус винтового забойного двигателя зафиксирован в колонне труб с помощью шпоночного узла, при этом выходной вал винтового забойного двигателя соединен с демпфирующим устройством и передает крутящий момент и осевое усилие на гибкий вал и режущий инструмент, винтовой забойный двигатель в концевой части снабжен переходником, который установлен в упорную муфту посадки двигателя, соединенную с демпфирующим устройством, причем переходник в его центральной части выполнен со сквозным отверстием через которое проходит вал винтового забойного двигателя.

Отличительными признаками предлагаемой системы для перфорации обсаженных скважин от указанной выше известной, наиболее близкой к ней, является то, что поршень размещен в демпфирующем устройстве, которое расположено между винтовым забойным двигателем и гибким валом, причем демпфирующее устройство выполнено в виде трубы, а поршень также выполнен квадратного сечения и соединен с гибким валом, корпус винтового забойного двигателя зафиксирован в колонне труб с помощью шпоночного узла, при этом выходной вал винтового забойного двигателя соединен с демпфирующим устройством и передает крутящий момент и осевое усилие на гибкий вал и режущий инструмент, винтовой забойный двигатель в концевой части снабжен переходником, который установлен в упорную муфту посадки двигателя, соединенную с демпфирующим устройством, причем переходник в его центральной части выполнен со сквозным отверстием, через которое проходит вал винтового забойного двигателя.

Предлагаемая система для перфорации обсаженных скважин иллюстрируется чертежом, представленным на фиг. 1

Система для перфорации обсаженных скважин включает колонну насосно-компрессорных труб 1, (далее НКТ), разрезную трубу 2, упорную муфту посадки двигателя 3 прижимное устройство 4, датчик выхода вала 5, отклонитель 6, якорь 7, геофизический кабель 8, шпоночный узел 9, блок датчиков 10, винтовой забойный двигатель 11, переходник 12, демпфирующее устройство 13, поршень демпфирующего устройства 14, гибкий вал 15, режущий инструмент 16, промывочный канал 17.

Система для перфорации обсаженных скважин предназначена для сверления обсадных колонн и процесса вскрытия продуктивного пласта заданной глубины и включает: корпус перфоратора - неподвижная часть, которая спускается на насосно-компрессорных трубах до заданной глубины; и выемную - подвижную часть, которая спускается на геофизическом кабеле. Корпус перфоратора - неподвижная часть, состоит из труб НКТ 1 и размещенной внутри них разрезной трубы 2; предназначенной для фиксации от реактивного момента двигателя с помощью шпоночного узла; упорной муфты посадки двигателя 3 предназначенной для фиксации корпуса двигателя от осевого перемещения и направления потока жидкости через двигатель; прижимное устройство 4; датчик выхода вала 5; отклонитель 6; якорь 7. Выемная, подвижная часть представляет собой подвеску, спускаемую на геофизическом кабеле 8, на подвеске установлен привод с гибким валом и инструментом, состоящий из геофизического прибора, включающего шпоночного узел 9, фиксирующего корпус винтового забойного двигателя от реактивного движения, блок датчиков 10, для контроля рабочего процесса, винтового забойного двигателя 11 с переходником 12, установленным внизу корпуса винтового забойного двигателя 11, демпфирующее устройство 13, выполнено в виде трубы, квадратного сечения, и свободно перемещающегося в его теле поршня 14 квадратного сечения передающего осевой и крутящий момент жестко соединенному с ним гибкому валу 15, размещенному на его конце режущему инструменту 16.

Подачу режущего инструмента 16 для вскрытия колонны и продуктивного пласта, выполняет демпфирующее устройство 13 а в качестве режущего инструмента 16 могут применяться долота, режущая коронка, прочие устройства. Демпфирующее устройство 13 располагается между винтовым забойным двигателем 11 и гибким валом 15, причем выходной вал винтового забойного двигателя 11 соединен с демпфирующим устройством 13, и передает крутящий момент и осевое усилие на гибкий вал 15 и режущий инструмент 16. Промывочная жидкость подается через трубы НКТ 1 и выходной вал винтового забойного двигателя 11, а далее попадает в демпфирующее устройство и поршень 14, а часть промывочной жидкости посредством промывочного канала расположенного внутри гибкого вала 15 попадает на режущий инструмент 16, что способствует вымыванию породы из канала сверления. Посадка винтового забойного двигателя 11 системы для перфорации обсаженных скважин осуществляется через переходник 12 «в упор» посредством упорной муфты посадки двигателя 3, далее процесс вскрытия пласта осуществляется без грузонесущей функции геофизического кабеля 8. Поршень 14 и закрепленный к нему гибкий вал 15 свободно перемещаются в корпусе демпфирующего устройства 13 в осевом направлении. При спуске выемной части и касании режущим инструментом обсадной колонны поршень 14 начинает осевое перемещение в теле демпфирующего устройства 13. Переходник 12 установлен внизу двигателя и фиксирует винтовой забойный двигатель 11 от осевого перемещения и обеспечивает направление потока жидкости через винтовой забойный двигатель 11, причем переходник 12 в его центральной части выполнен со сквозным отверстием для вала винтового забойного двигателя. Подача режущего инструмента осуществляется с помощью демпфирующего устройства 13 за счет давления жидкости на поршень 14 демпфирующего устройства 13. Посадка «в упор» посредством упорной муфты посадки двигателя 3 позволяет запустить винтовой забойный двигатель 11 не опасаясь возникновения удара о стенку обсадной колонны и осевой перегрузки на режущий инструмент. После запуска винтового забойного двигателя 11 устанавливается рабочее давление промывочной жидкости. Жидкость начинает давить на поршень 14 демпфирующего устройства 13 (давление создается насосным агрегатом на устье скважины) и осуществляется осевое движение поршня 14 вместе с закрепленным к нему гибкого вала 15 и режущего инструмента 16. Таким образом, процесс вскрытия продуктивного пласта (обороты двигателя, нагрузка на режущий инструмент) становится контролируемым и стабильным.

Использование предлагаемой системы для перфорации обсаженных скважин исключает аварийную ситуацию т.к. обеспечивается равномерная подача режущего инструмента к выходному отверстию прижимного устройства в результате чего происходит стабильный режим вскрытия обсадной колонны и заданной глубины вскрытия продуктивного пласта, повышается надежность и эффективность работы системы для перфорации обсаженных скважин. Жесткая фиксация двигателя и отсутствие пружин создают стабильное необходимое давление на режущий инструмент во всем диапазоне процесса радиального вскрытия продуктивного пласта. Благодаря введению переходника на винтовом забойном двигателе спуск, подъем подвижной части перфоратора на каротажном кабеле проходит на повышенных скоростях до 6000 м/ч (ранее до 1500 м/ч), таким образом, уменьшаются затраты времени в среднем на 3 часа на 1 канал.

Благодаря введению на неподвижной части перфоратора упорной муфты, на которую производится посадка двигателя во время рабочего процесса, исключается утечка промывочной жидкости при сверлении каналов, и происходит более качественный вымыв породы из сверлящегося канала, а также появилась возможность вести сверление каналов с динамическим уровнем в скважине до 1000 м.

Использование предлагаемой системы для перфорации обсаженных скважин приводит к уменьшению времени сверления канала, стабильной глубине канала. Сокращение времени перфорации канала в заявляемой системе происходит за счет исключения вероятности зависания демпфирующего устройства в одном положении (отсутствии проходки канала) из за возможной перегрузки и искривления неподвижной части перфоратора весом колонны труб НКТ. Исключена зависимость от нагрузки на якорь при сверлении каналов, исключены перекосы штока в демпфере, уменьшилась общая габаритная длина оборудования. На режущий инструмент воздействует стабильная осевая нагрузка, не снижаемая от глубины проходки. Упрощается постановка корпуса перфоратора в скважине в связи с неправильной калибровкой весового устройства из за отсутствия зависимости от веса посадки на якорь.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к средствам добычи жидких или газообразных текучих сред из буровых скважин, и может применяться при проведении на скважине глубоко проникающей перфорации первичного или повторного вскрытия продуктивных пластов. Система для перфорации обсаженных скважин содержит насосно-компрессорные трубы, прижимное устройство, якорь, подвеску в виде каротажного кабеля, винтовой забойный двигатель, гибкий вал с режущим инструментом на конце. Поршень размещен в демпфирующем устройстве, которое расположено между винтовым забойным двигателем и гибким валом. Демпфирующее устройство выполнено в виде трубы квадратного сечения. Поршень также выполнен квадратного сечения и соединен с гибким валом. Корпус винтового забойного двигателя зафиксирован в колонне труб с помощью шпоночного узла, при этом выходной вал винтового забойного двигателя соединен с демпфирующим устройством с возможностью передачи крутящего момента и осевого усилия на гибкий вал и режущий инструмент. Винтовой забойный двигатель в концевой части снабжен переходником, который установлен в упорной муфте посадки двигателя, соединенной с демпфирующим устройством. Переходник в его центральной части выполнен со сквозным отверстием для вала винтового забойного двигателя. Обеспечивается стабильный безаварийный режим сверления обсадной колонны и заданная глубина вскрытия продуктивного пласта, плавная подача инструмента, а также уменьшение затрат времени. 1 ил.

Система для перфорации обсаженных скважин, включающая насосно-компрессорные трубы, прижимное устройство, якорь, подвеску в виде каротажного кабеля, винтовой забойный двигатель, гибкий вал с режущим инструментом на конце, отличающаяся тем, что поршень размещен в демпфирующем устройстве, которое расположено между винтовым забойным двигателем и гибким валом, причем демпфирующее устройство выполнено в виде трубы квадратного сечения, а поршень также выполнен квадратного сечения и соединен с гибким валом, корпус винтового забойного двигателя зафиксирован в колонне труб с помощью шпоночного узла, при этом выходной вал винтового забойного двигателя соединен с демпфирующим устройством с возможностью передачи крутящего момента и осевого усилия на гибкий вал и режущий инструмент, винтовой забойный двигатель в концевой части снабжен переходником, который установлен в упорной муфте посадки двигателя, соединенной с демпфирующим устройством, а переходник в его центральной части выполнен со сквозным отверстием для вала винтового забойного двигателя.