СИСТЕМА КАБЕЛЬНОЙ СЕЛЕКТИВНОЙ ПЕРФОРАЦИИ Российский патент 2023 года по МПК E21B43/117 

Система относится к нефтегазовой отрасли, а именно к скважинным системам, спускаемых в нефтяные или газовые скважины на геофизическом кабеле, и может быть применена для проведения в скважине, пробуренной на нефть, газ или воду, селективных прострелочно-взрывных работ (ПВР) прострелочно-взрывной аппаратурой (ПВА), спускаемой на геофизическом кабеле, содержащем одну или более токопроводящих жил.

Селективная перфорация требуется для случаев особо щадящего режима вторичного вскрытия пласта с требованиями минимального воздействиями на элементы крепления скважины, зоны верхних и нижних вод, опасных по нежелательному обводнению извлекаемой полезной продукции пласта при одновременной необходимости мощного воздействия на центральные зоны вскрываемого пласта с неоднородными фильтрационными свойствами.

В патенте РФ №2646927 раскрыто устройство для последовательного инициирования перфорационной системы. Устройство содержит корпус устройства, электродетонатор, шнур детонирующий, электрический провод, устройство передачи детонации, поршень. Поршень расположен в корпусе, выполненном в виде цилиндра со ступенчатым сквозным отверстием, имеет уплотнительную и инициирующую части и зафиксирован в корпусе от перемещения фиксирующей шайбой. Поршень изолирован от корпуса втулкой-изолятором и изолирующей шайбой. В механическую цепочку переключения контактов дополнительно включен электронный блок переключения контактов, выполненный в виде электронного ключа, срабатывающего от изменения состояния датчика. Обеспечивается срабатывание только одного из нескольких электродетонаторов перфорационной системы от подачи одного импульса с взрывного прибора в строгой последовательности снизу вверх.

В известном решении обеспечивается срабатывание только одного из нескольких электродетонаторов перфорационной системы от подачи одного импульса с взрывного прибора в строгой последовательности снизу вверх. Электронный блок предотвращает срабатывание нескольких секций одновременно от одного импульса, но в случае задавливания одной или нескольких секций перфорационной системы при подаче очередного импульса с взрывного прибора Несанкционированно сработает секция, установленная над задавленной секцией. Это приведет к аварийному вскрытию пласта в интервале, который не предусматривался в плане работ.

В патенте РФ №2561828 описано устройство последовательного инициирования перфорационной системы содержащее корпус, электрический провод, поршень, картридж, внутри которого размещены шнур детонирующий, устройство передачи детонации, электродетонатор, контакт верхний, подвижный электрический контакт, расположенный на первой торцевой части поршня, обращенной к контакту верхнему, верхняя часть поршня выполнена конической формы, на второй торцевой части поршня выполнено глухое отверстие с диаметром, равным диаметру верхнего конца электрического контакта нижней секции перфоратора.

В указанном изобретении для исключения преждевременного срабатывания электродетонатора рабочий ход поршня, зависит от требуемого зазора между подвижным электрическим контактом верхним. В верхнем конце нижней секции перфоратора выполнены каналы для прохода газов после взрыва к нижней части поршня. Время подвода давления газов к нижней части поршня зависит от количества и типа зарядов в секциях перфорационной системы и может быть меньше длительности импульса, подаваемого с взрывного прибора. В этом случае произойдет несанкционированное срабатывание верхних секций перфорационной системы. Это приведет к аварийному вскрытию пласта в интервале, который не предусматривался в плане работ.

Из патентной документации (патент РФ 2493358) известна перфорационная система, располагаемая в скважине и содержащая:

- перфораторы;

- модуль связи;

- контроллеры, соответствующие каждому перфоратору, и при этом каждый контроллер избирательно связан с модулем связи так, что, при установлении связи между контроллером и модулем связи, сигнал проходит напрямую от модуля связи к контроллеру, минуя другие контроллеры или оборудование, связанное с другими контроллерами. При этом обеспечивается беспроводная передача соответствующего сигнала детонации к контроллеру.

К недостаткам, известной системы следует отнести относительно низкую надежность, что связано, во-первых, с использованием беспроводной передачи сигнала с «дневной» поверхности к модулю связи, которая является менее надежной по сравнению с передачей сигнала по кабелю, и, во-вторых, в указанной системе отсутствует обратная связь между скважинными перфораторами и модулем связи, что исключает возможность определения состояния каждого скважинного перфоратора и, соответственно, не позволяет надежно исключить возможность взрыва в произвольном месте скважины.

Известен скважинный инструмент для установки в скважине, выполненный с возможностью связи с контроллером по линии связи (патент РФ №2287669). Скважинный инструмент содержит множество блоков управления, при этом каждый блок из множества блоков управления имеет микропроцессор и инициатор, связанный с микропроцессором; каждый микропроцессор выполнен с возможностью осуществления двухсторонней связи с контроллером, при этом указанные микропроцессоры выполнены с возможностью приема множества соответствующих команд активации из контроллера для активирования соответствующих блоков управления, при этом каждая команда активации содержит уникальный идентификатор, соответствующий определенному блоку управления, причем каждый блок управления содержит общую гибкую плату, на опорной поверхности которой установлены соответствующие микропроцессор и инициатор.

Указанный скважинный инструмент может рассматриваться как ближайший аналог заявленной системы кабельной селективной перфорации.

К недостаткам указанного устройства следует отнести отсутствие механического размыкателя, что снижает его надежность за счет возможности получения отказа в случае замыкания линии связи на корпус скважинного инструмента при инициировании расположенного ниже скважинного инструмента или при разгерметизации скважинного инструмента.

В упомянутом устройстве также не предусмотрены датчики, данные с которых характеризуют состояние скважинного инструмента, что снижает информативность и надежность проведения работ.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании надежной и безопасной системы кабельной селективной перфорации.

Техническим результатом является повышение надежности системы за счет исключения возможности взрыва в произвольном месте скважины, включая «дневную» поверхность.

Технический результат достигается благодаря тому, что в системе кабельной селективной перфорации, включающей устройство ввода/вывода данных, в состав которого входит компьютер и блок ввода/вывода, скважинные перфораторы и устройства управления, принимающие сигнал с «дневной» поверхности и обеспечивающие управление скважинными перфораторами, каждый скважинный перфоратор соединен геофизическим кабелем со своим устройством управления, обеспечивающим прием данных, содержащих уникальный порядковый номер, присваиваемый каждому скважинному перфоратору, и хранящийся в памяти устройства управления, и передачу в устройство ввода/вывода на «дневную» поверхность данных, характеризующих состояние устройства управления и, соответственно, скважинного перфоратора.

Компьютер обеспечивает формирование данных, предназначенных для передачи в блок ввода/вывода и приема из блока ввода/вывода с целью управления устройствами управления, а также визуализации этих данных. Применение компьютера повышает информативность и надежность работы системы, обеспечивает дружественный интерфейс, позволяющий быстро осваиваться использующему его пользователю, снижает стоимость системы за счет отсутствия необходимости изготовления дорогих специализированных контроллеров.

Блок ввода/вывода предназначен для приведения данных, получаемых с компьютера, к физическому уровню и протоколу передачи, необходимых для управления устройствами управления, приема данных от устройств управления и приведение их к физическому уровню и протоколу приема, необходимых для ввода в компьютер.

Устройство управления скважинным перфоратором включает корпус, в котором размещены механический размыкатель, электронный блок, инициатор и втулка с контактной группой, при этом электронный блок подключен параллельно к геофизическому кабелю между механическим размыкателем и контактами, в запоминающем устройстве электронного блока записан уникальный порядковый номер срабатывания скважинного перфоратора, соединенного с устройством управления, перфораторы соединены геофизическим кабелем с устройством ввода/вывода данных, расположенным на «дневной» поверхности.

В качестве инициатора применяют патрон взрывной предохранительного действия нечувствительный. Инициатор крепят методом обжатия на отрезке детонирующего шнура, который с другой стороны обжимают бустером.

Использование указанного патрона повышает безопасность персонала и оборудования при проведении работ на дневной поверхности и в скважине за счет нечувствительности к блуждающим токам промышленной частоты практически без ограничений, защиты по постоянному току, переменному току сетевой частоты и от зарядов статического электричества. Предложенное крепление инициатора обеспечивает надежность соединения, что способствует качественной передаче детонации от инициатора к детонирующему шнуру и позволяет безопасно монтировать взрывную цепь на дневной поверхности, а также способствует качественной передаче детонации от устройства управления к ответному бустеру в корпусе перфоратора, повышает надежность детонационной цепи по баллистическим характеристикам.

Крепление инициатора в скважинном перфораторе осуществляют при снаряжении его на буровой площадке. Это способствует исключению факта несанкционированного срабатывания перфоратора на дневной поверхности.

Для всех скважинных инструментов применяются одинаковые инициаторы, что упрощает работу с компоновкой системы.

В состав устройства управления могут входить датчики, определяющие параметры окружающей среды и состояние устройств.

Подключение устройства управления к геофизическому кабелю повышает надежность передачи сигнала от устройства ввода/вывода данных, расположенного на «дневной» поверхности, к устройству управления внутри скважины. Наличие электронного блока с уникальным номером позволяет определить состояние каждого устройства управления в скважине, что исключает возможность взрыва в произвольном месте скважины. Использование в устройстве управления механического размыкателя позволяет надежно разомкнуть электрическую взрывную линию при срабатывании инициатора.

Размыкатель и электронный блок могут быть размещены как в едином корпусе, так и у каждого может быть свой независимый корпус. При этом электронный блок может быть без корпуса, в этом случае в качестве корпуса может выступать переходник секции ПВА. В зависимости от применяемой компоновки ПВА размыкатель и электронный блок могут быть разнесены на некоторое расстояние друг от друга, занимать различные положения в ПВА по отношению друг к другу. Такой подход возможен благодаря отсутствию жесткого соединения размыкателя и электронного блока.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 показана схема системы, на фиг. 2 показан продольный разрез устройства управления перфорацией.

Система состоит из устройства ввода/вывода данных 1, геофизического кабеля 2, скважинных перфораторов 3 и устройств управления 4. Устройство ввода/вывода 1 состоит из компьютера и блока ввода/вывода. Программное обеспечение компьютера обеспечивает формирование данных, предназначенных для передачи в блок ввода/вывода и приема из блока ввода/вывода с целью управления устройствами управления 4, а также визуализации этих данных. Блок ввода/вывода предназначен для приведения данных, получаемых с компьютера, к физическому уровню и протоколу передачи, необходимых для управления устройствами управления 4, приема данных от устройств управления 4 и приведение их к физическому уровню и протоколу приема, необходимых для ввода в компьютер.

Устройство управления перфорацией включает корпус 5, в котором размещены механический размыкатель 6, электронный блок 7, втулка с контактной группой 8, инициатор 9.

Электронный блок 7 параллельно подключен к геофизическому кабелю 2 между механическим размыкателем 6 и контактами.

Механический размыкатель 6 предназначен для отключения электрической взрывной сети сработавших скважинных перфораторов 3. Механический размыкатель 6 срабатывает при повышении давления.

Электронный блок 7 содержит гибкую или жесткую плату, на опорной поверхности которой установлены микропроцессор и элементы схемы.

Втулка 8 выполнена из диэлектрического материала и применяется для фиксации электронного блока 7 и подключенного к нему инициатора 9, а также для крепления контакта электрической взрывной сети и контакта идущего на корпус изделия. Контакты могут быть выполнены из изогнутых пластин или иметь специальные элементы для обеспечения подпружиненного контакта с ответными частями секции ПВА, в которую устанавливают устройство управления 4.

Датчики (на фиг. не показаны) подключены к электронному блоку 7.

В качестве инициатора 9 применяют патрон взрывной предохранительного действия нечувствительный, закрепленный методом обжатия на отрезке детонирующего шнура. С другой стороны детонирующий шнур обжат бустером.

Система работает следующим образом.

Каждое устройство управления 4 имеет свой идентификатор. Оператор через клавиатуру устройства ввода/вывода 1 посылает команду выбора необходимого устройства управления 4 для получения на дисплее устройства ввода/вывода 1 информации о его состоянии и о готовности инициирования ПВА. Команда выбора включает уникальный порядковый номер срабатывания скважинного перфоратора 3. Выбор конкретного устройства управления 4 и, соответственно, скважинного перфоратора 3 осуществляют путем сравнения номера, указанного в команде, с номером, записанным в запоминающем устройстве электронного блока 7. При совпадении номеров, считают, что выбор окончен. Выбранное устройство управления 4 передает в устройство ввода/вывода 1 ответную посылку о своем состоянии, передает необходимую для продолжения работ информацию с датчиков, установленных в устройстве управления 4, в том числе, ток потребления, характеризующий работоспособность устройства, информацию о передающей частоте устройства, зависящей от внешней температуры, с целью автоматической синхронизации канала связи, передает информацию о готовности к инициированию, в том числе, сопротивление цепи инициатора 9 и состояние линии взрывной сети перфоратора. Данная информация отображается на дисплее устройства ввода/вывода 1. Программное обеспечение анализирует полученную информацию и, в случае принятия положительного решения об инициировании, разрешает оператору с клавиатуры устройства ввода/вывода данных 1 передать команду об инициировании ПВА. Устройство управления 4 принимает команду и генерирует импульс инициирования, в результате которого срабатывает инициатор 9 и ВВ ПВА. После срабатывания инициируемой секции, продукты сгорания зарядов и скважинный флюид начинают поступать в корпус 5, в результате внутри корпуса увеличивается давление и срабатывает размыкатель 6, что приводит к размыканию электрической линии. Соответственно данное устройство управление 4 отключается от электрической линии.

Система относится к нефтегазовой отрасли, а именно к скважинным системам, спускаемых в нефтяные или газовые скважины на геофизическом кабеле, и может быть применена для проведения в скважине, пробуренной на нефть, газ или воду, селективных прострелочно-взрывных работ (ПВР) прострелочно-взрывной аппаратурой (ПВА), спускаемой на геофизическом кабеле, содержащем одну или более токопроводящих жил. Система кабельной селективной перфорации включает устройство ввода/вывода данных, скважинные перфораторы и устройства управления, принимающие сигнал с «дневной» поверхности и обеспечивающие управление скважинными перфораторами, при этом каждый скважинный перфоратор соединен геофизическим кабелем со своим устройством управления, обеспечивающим прием данных, содержащих уникальный порядковый номер, присваиваемый каждому скважинному перфоратору и хранящийся в памяти устройства управления, и передачу в устройство ввода/вывода данных на «дневную» поверхность, характеризующих состояние устройства управления и, соответственно, скважинного перфоратора. Технический результат - повышение надежности системы за счет исключения возможности взрыва в произвольном месте скважины. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система кабельной селективной перфорации, включающая скважинные перфораторы и устройства управления, в состав которых входят инициатор и микропроцессор, предназначенные для приема сигнала с дневной поверхности и обеспечивающие управление скважинными перфораторами, отличающаяся тем, что содержит устройство ввода/вывода данных, в состав которого входит компьютер, программное обеспечение которого формирует данные, необходимые для управления устройствами управления, принимает данные от устройств управления и обеспечивает визуализацию этих данных, и блок ввода/вывода, предназначенный для приведения данных, получаемых с компьютера, к физическому уровню и протоколу передачи, необходимых для управления устройствами управления, приема данных от устройств управления и приведение их к физическому уровню и протоколу приема, необходимых для ввода в компьютер, и каждый скважинный перфоратор соединен геофизическим кабелем со своим устройством управления, обеспечивающим прием данных, содержащих уникальный порядковый номер, присваиваемый каждому скважинному перфоратору, и передачу в устройство ввода/вывода данных на «дневную» поверхность, данных, характеризующих состояние устройства управления и, соответственно, скважинного перфоратора, при этом устройство управления скважинным перфоратором включает корпус, в котором размещены механический размыкатель, электронный блок, в состав которого входит микропроцессор, инициатор и втулка с контактной группой, электронный блок подключен параллельно к геофизическому кабелю между механическим размыкателем и контактами, в запоминающем устройстве электронного блока записан уникальный порядковый номер срабатывания скважинного перфоратора, соединенного с устройством управления, скважинные перфораторы соединены геофизическим кабелем с устройством ввода данных, расположенным на дневной поверхности, а в качестве инициатора применяют патрон взрывной предохранительного действия нечувствительный, инициатор крепят методом обжатия на отрезке детонирующего шнура, который с другой стороны обжимают бустером.

2. Система кабельной селективной перфорации по п. 1, отличающаяся тем, что в состав устройства управления скважинным перфоратором входят датчики, определяющие параметры окружающей среды, состояние устройств управления и состояние скважинных перфораторов.

3. Система кабельной селективной перфорации по п. 1, отличающаяся тем, что размыкатель и электронный блок размещены в едином корпусе.

4. Система кабельной селективной перфорации по п. 1, отличающаяся тем, что размыкатель и электронный блок размещены в отдельных независимых корпусах.

5. Система кабельной селективной перфорации по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве корпуса электронного блока используют переходник секции ПВА.

6. Система кабельной селективной перфорации по п. 4, отличающаяся тем, что размыкатель и электронный блок расположены на расстоянии друг от друга.