Устройство для перфорации обсаженной скважины Советский патент 1984 года по МПК E21B43/114 

Изобретение относится к оборудованию, используемому в нефтегазодобывающей промышленности для выработки щелевых перфорационных каналов в стенке скважины, и может найти применение в горнодобывающей промышленности.

Известно устройство для перфорации, состоящее из корпуса с двумя рядами разнесенных по высоте , расположенных под углом к стенке скважины, внутренней втулки, выполненной в виде дифференциального поршня с уплотнениями, пружины замка, фиксирующей втулку в верхнем положении, и возвратной пружины. В нижней части устройства установлен шаровой клапан для осуществления обратной промывки скважины.

Устройство работает следующим образом.

Резку каналов производят при всех открытых насадках в течение времени, достаточного для образования в пласте пересекающихся каналов. После этого увеличивают перепад давления в корпусе гидроперфоратора до величины, достаточной для преодоления усилия пружины-замка и возвратной пружины. При этом дифференциальная втулка срывается с упора пружины замка и садится нижней конической частью в седло корпуса перфоратора, размещенное ниже верхних насадок, перекрывая при этом их. После закрытия верхних насадок резка продолжается при необходимых параметрах через оставшуюся часть неперекрытых насадок. При этом увеличение глубины вырабатываемых в пласте каналов достигается путем отвода из них обратных потоков жидкости по каналам, ранее созданным перекрытыми насадками. Перевод перфоратора в исходное положение происходит после снижения давления во внутренней полости перфоратора до величины давления в затрубном пространстве 1.

Однако данное устройство характеризуется сложностью конструкции, требует спуска в скважину дополнительного глубинного оборудования (якоря и компенсатора удлинения рабочей колонны труб) для предотвращения перемещения устройства во время повышения перепада давления на рабочих насадках перфоратора, необходимого для срыва дифференциальной втулки с упора пружины замка, а также большими потерями энергии на этапе выработки встречных перфорационных каналов за счет обратных потоков

роабразивнои смеси.

Для щелевой перфорации используют гидропескоструйный перфоратор АП-6М, который предназначен для создания каналов и щелей в скважинах с открытым забоем обсаженных эксплуатационными колоннами диаметром , и более дюймов, вырезки обсадных колонн тех же диаметров, расширения забоев в необсаженных скважинах и установки водоизоляционных экранов. Осуществление указанных операций одним перфоратором достигается сочетанием различных вариантов расположения насадок и заглущек в корпусе перфоратора, а также перемещением перфоратора вокруг или вдоль оси скважины. Перфоратор АП-6М состоит из корпуса, узла насадок, клапана для обратной промывки скважины и клапана для опрессовки рабочей колонны труб. В корпусе перфоратора имеются резьбовые отверстия, которые разнесены на 100 мм друг от друга и в которые монтируются узлы насадок. Сопловые каналы насадок расположены перпендикулярно продольной оси перфоратора. Резьбовые отверстия расположены в трех горизонтальных плоскостях. Для круговой вырезки колонн насадки размещают в одной горизонтальной плоскости. При создании диаметрально противоположных вертикальных щелей насадки располагают по образующей перфоратора. Перемещение корпуса перфоратора вдоль или вокруг оси скважины осуществляют или перемещением колонны насосно-компрессорных труб, на которых он спускается в скважину, или специальными поверхностными и забойными двигателями, приводимыми в действие потоком рабочей жидкости 2.

При перемещении перфоратора с постоянной скоростью струя, истекающая из его насадки, постоянно контактирует с поверхностью щели, вырабатываемой в обсадной колонне. Поверхность колонны, соприкасающаяся с гидроабразивной струей, имеет закругление в зоне вылета струи из обсадной колонны. При этом струя, вытекающая из насадки перфоратора, разделяется на две части, одна часть струи отражается во внутрь обсадной колонны, другая часть выбрасывается через щель наружу.

По эрозионному повреждению корпуса перфоратора на определенном расстоянии от сопла насадки определено, что часть струи отраженная во внутрь обсадной колонны, направлена в сторону, противоположную перемещению перфоратора. Угол падения ее на корпусе перфоратора по отношению к его продольной оси составляет примерно 30° Часть струи, выбрасываемая через щель наружу, наблюдается визуально и имеет направление, обратное перемещению перфоратора, а угол ее вылета по отношению к продольной оси колонны примерно равен 30-40°. Кроме того, часть струи, выбрасываемая наружу, сильно раздроблена, что свидетельствует о большой потере ее кинематической энергии при контакте с поверхностью преграды.

Таким образом, при использовании перформатора АП-бМ для выработки щелевых перфорационных каналов при однократном его перемещении увеличить глубину выработки по сравнению с точечной перфорацией не удается.

Увеличение глубины выработки достигается неоднократным перемещением перфоратора АП-6М в плоскости резки. При этом струя, истекающая из насадки, внедряется в пласт через ранее выработанную в обсадной колонне щель, вследствие чего вся ее кинетическая энергия расходуется на разрущение породы пласта. Однако при повторном перемещении корпуса перфоратора в плоскости резания вследствие вибрации корпуса струя, истекающая из насадки, касается стенок щели в обсадной колонне, что приводит к нарущению ее целостности. Кроме того, вследствие возможного смещения корпуса гидроперфоратора в стволе скважины от первоначального его положения струя насадки может не попасть в щель, ранее выработанную в обсадной колонне. При этом также удваивается время вскрытия одного интервала, увеличивается продолжительность вскрытия скважины, что ведет к росту затрат на ее освоение.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для перфорации обсаженной скважины, содержащее корпус, последовательно расположенные в одной плоскости насадки для предварительного разрущения обсадной колонны и для разрущения породы, причем диаметр насадка для предварительного разрущения обсадной колонны больще диаметра насадка для разрущения породы 3.

Недостатком указанного устройства является низкая надежность работы из-за наличия действия отраженной струи.

Цель изобретения - повыщение надежности работы устройства путем снижения воздействия отраженной струи.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для перфорации обсаженной скважины, содержащем корпус, последовательно расположенные в одной плоскости насадки для предварительного разрущения обсадной колонны и для разрущения породы, причем диаметр насадка для предварительного разрушения обсадной колонны больще диаметра насадка для разрущения породы, насадок для предварительного разрущения обсадной колонны выполнен наклоненным в сторону перемещения устройства и расположен первым по направлению этого перемещения.

На фиг. 1 изображено устройство для перфорации обсаженной скважины (перфоратор); на фиг. 2 - расположение насадок при создании кругового надреза в стволе скважины (стрелки показывают направление перемещения перфоратора в стволе скважины).

Перфоратор содержит корпус 1, последовательно расположенные в плоскости перемещения перфоратора насадки 2 для предварительного разрущения обсадной колонны и насадки 3 для разрущения породы (количество насадок 2 и 3 может быть больще, чем два), а также щаровой клапан 4 для обратной промывки скважины.

Перфоратор работает следующим образом.

Корпус 1 крепится к забойному двигателю, перемещающему его в стволе скважины, и

5 на насосно-компрессорных трубах спускается в скважину, где устанавливается в интервале, подлежащему вскрытию. В случае, когда перфоратор перемещается в стволе скважины с поверхности при помощи труб,

Q он непосредственно крепится к нижнему концу рабочей колонны.

Скважину промывают и забрасывают в трубы щарик клапана 4. Закачиваемая с поверхности гидроабразивная смесь посту5 пает к насадкам 2 и 3 и, истекая из насадок, последовательно расположенных в плоскости перемещения перфоратора, вырабатывает перфорационный канал в стенке скважины. При перемещении перфоратора с заданной скоростью в стенке скважины образуется сплощная щель, причем струя, истекающая из насадок 3, после некоторого перемещения перфоратора, углубляет канал, образованный струей, истекающей из насадок 2. Насадки 2, расположенные первыми по

5 ходу движения перфоратора, имеют диаметр несколько больщий, чем насадки 3, например соответственно б и 4,5 мм. Ширина щели в обсадной колонне, создаваемая струей гидроабразивной струи, истекающей из насадок 2, примерно равна 10 мм. Так как

0 расстояние от наружной поверхности корпуса до обсадной колонны невелико, струя, истекающая из насадок 3, имеет на этом расстоянии незначительное расщирение. При этом струя, истекающая из насадок 3, не будет соприкасаться со стенками щели, про5 резанной в теле обсадной колонны, вследствие чего отсутствуют потери кинетической энергии струи и ее дробление. Продольная ось насадок 2 наклонена в сторону движения перфоратора под углом примерно 50-60° к

« продольной оси скважины. Так как струя, истекающая из насадок 2, постоянно контактирует с обсадной колонной при перемещении гидроперфоратора, она разделяется на два потока, причем оба потока будут отклонены от положений на угол, равный углу

5 наклона продольной оси насадок 2.

Ввиду того, что на струю, истекающую из насадок 3, не воздействует поток обратной жидкости, а сама струя не соприкасается с металлом обсадной колонны, вся ее кинетическая энергия полностью используется на

0 разрущение породы пласта. При этом в пласте вырабатывается глубокая и объемная щель.

В зависимости от расположения насадок 2 и 3 в корпусе гидроперфоратора и плоскости движения последнего можно делать круговой горизонтальный надрез обсадной колонны и пласта или вырабатывать в них вертикальные щели. Вследствие создания глубокого надреза в пласте и больщой по площади щели в обсадной колонне увеличивается приток пластовых флюидов в скважину, создается возможность для направленного воздействия на вскрытый пласт такими методами интенсификации, как кислотная обработка, гидроразрыв пласта и др. Таким образом повыщается надежность работы устройства.

- УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРФОРАЦИИ ОБСАЖЕННОЙ СКВАЖИНЫ, содержащее корпус, последовательно расположенные в одной плоскости насадки для предварительного разрушения обсадной колонны и для разрушения породы, причем диаметр насадка для предварительного разрушения обсадной колонны больше диаметра насадка для разрушения породы, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы за счет снижения воздействия отраженной струи, насадок для предварительного разрушения обсадной колонны выполнен наклоненным в сторону перемещения устройства и расположен первым по направлению этого перемещения. (Л 00