Устройство для перфорации и геофизических исследований скважин Советский патент 1986 года по МПК E21B47/00 E21B43/116 

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано при проведении прострелочно- взрьгоных работ одновременно с исследованием скважины, в частности, для совместной работы перфоратора и локатора муфт,

При проведении прострелочно-взрыв ных работ в скважине возникает ряд задач, требующих одновременного спуска в скважину перфоратора и геофизического прибора, например точная установка перфоратора в заданном интервале, контроль за местоположением ин- тервала прострела и качеством вскры- тин пластов перфорацией. Кроме того, совместная работа перфораторов с геофизическими приборами дает возможность уменьшить число спуско- подъемных операций при проведении геофизических работ в скважине, что обеспечивает повышение производительности геофизических исследований, уменьшает простой скважины,

Т1

Целью изобретения является повышение надежности проведения простре лочно-взрывных работ совместно с геофизическим исследованием скважины.

Надежность работы геофизического прибора, опускаемого в скважину одновременно с перфоратором, повьппает- ся за счет уменьшения ударного воздействия на прибор, вследствие передачи части энергии перфоратора соединителю и скважинной жидкости. От- сутствие жесткой связи между прибором и перфоратором приводит к .тому, 4fTo значительная часть кинематическо энергии перфоратора после его сраба- тьшания передается скважинной жидкое ти, дросселируемой через наклонные отверстия в корпусе соединителя, а реактивная сила истекающих из отверстий струй толкает геофизический прибор в сторону, противоположную движению перфоратора, и уменьшает те самым его перемещение вверх после взаимодействия с перфоратором.

Для бескорпусных перфораторов удельный импульс, получаемый перфо- ратором на единицу поверхности от отраженной от забоя ударной волны, составляет 3,0-4,0 кгс-с/см. При площади поперечного сечения хвостовика перфоратора 50 см величина полу- ченного им импульса составляет (1,5- 2,0)МО кгс-м/с. Принимая массу перфоратора равной 50 кг, получаем CKQ

5

0 S 0

5

0

рость перфоратора после гидроудара V - 30-40 м/с.

Кинетическая . энергия перфоратора (без учета вязкости скважинной жидкости) затрачивается на совершение; работы против сил тяжести, сообщение жидкости, вытесняемой из отверстий корпуса соединителя, кинематической энергии и кинетической энергии системы перфоратор - соединитель - , геофизический прибор,

mV -г- - mgx +--- .

2

где

2 2

X - перемещение перфоратора до соударения с прибором;

М - масса системы пер-; форатор - соединитель - геофизический прибор;

V, - скорость системы перфоратор соединитель - геофизический прибор после соударения перфоратора с прибором;fflj р S X - масса жидкости,

вытесняемой перфоратором;

Р - плотность;

S - площадь внутреннего поперечного сечения соединителя; V - -i средняя скорость жидкости, вытесняемой из отверстий соединителя; 8д - площадь отверстий в корпусе соединителя .

ер

S 2

Если считать, что перфоратор останавливается до соударения с прибором Vj О и, если пренебречь работой против сил тяжести, то

.r.Si S 2 г

J С /

mV

-Г

8 S.

Длина соединителя L, при которой перфоратор останавливается до соударения с прибором (L г х), при этом равна

4п1

p.S(|-)

(1)

Если длина соединителя L меньше перемещения перфоратора x(,),

то энергия перфоратора полностью не гасится и передается геофизическому прибору.

Оценим скорость перемещения геофизического прибора V после соударения с перфоратором (пренебрегая работой против сил тяжести)

MV

х

ьТ

m(

Т

.У.Г

Из этого уравнения скорость геофизического прибора после соударения с перфоратором равна

V

Так как скорость прямо пропорциональна, ускорению, которое испытьгоа- ет геофизический прибор при соударе-

i,

иии, то

(М + N m LO mLo

„L-O-

M Ц. -г,

m Ь„

где a - ускорение, действующее на

перфоратор в мймент воздействия ударной волны;

а,- ускорение, действующее на ге- офизический прибор.

В реальных условиях ускорение, действующее на перфоратор в момент воздействия ударной волны, составляет порядка 1000 g. Масса перфоратора и геофизического прибора примерно равны и составляют около 50 кг.

Подставив в формулу (1) и (2) ре- альиые значения р 1000 кг/см, S 40 см, (S/S) S 10, М 2m 100 кг и а, а доп. 150g - максимальное ударное ускорение, допустимое для больщинства полупроводниковых приборов, определяем необходимую длину соединителя О,6м. Сое-50 динитель данной конструкции с длиной 0,6 м позволяет проводить совместную работу перфоратора и геофизического прибора без применения каких-либо мер по повьпиению ударопрочности узлов 55 геофизического прибора.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий вид.

to

f5

20

.,

)

30

т -50 р 55

Устройство содержит геофизический прибор 1 и перфоратор 2, оочлененньте друг с другом при помощи соединителя, включающего корпус 3 с шаровыми седлами на концах, шаровые опоры 4 и 5, разделенные пружиной 6, жестко прикрепленной к шаровым опорам 4 и 5, палец 7, соединяющий шаровую опору 4 с геофизическим прибором, палец 8, соединяющий щаровую опору 5 с перфоратором, электрический кабель 9, обеспечивающий электрическое соединение перфоратора 2 и геофизического прибора . В корпусе 3 соединителя вьтолнены наклонные отверстия 10 для вытекания скважинной жидкости, направленные под острым углом к геофизическому прибору.

Устройство работает следующим образом.

К наконечнику каротажного кабеля (не показан) подсоединяют геофизический прибор 1, к которому через соединитель крепится перфоратор 2. Затем вся система опускается в скважину, с помощью геофизического прибора производится привязка предполагаемого интервала перфорации к геологическому разрезу и установка перфоратора в предполагаемый для прострела интервал,

Затем производится отстрел перфоратора. В момент взрыва в скважинной жидкости формируется ударная волна, продольная составляющая которой, отразивщись от забоя скважины, воздействует на нижнюю часть перфоратора 2. От полученного гидроудара перфоратор приходит в движение и толкает палец 8 с щаровой опорой 5. Шаровая опора 5 начинает вытеснять из корпуса соединителя скважинную жидкость через наклонные отверстия 10, В начальный момент движения шаровой опоры 5 отношение .площади внутреннего поперечного сечения корпуса соединителя к суммарной площади отверстий близко к единице , но с перемещением опоры 5 вверх, часть отверстий в корпусе 3 перекрывается опорой 5 и отношение указанных площадей увеличивается. Это приводит к тому, что гидродинамическое сопротивление скважинной жидкости за счет уменьшения площади ее истечения с перемещением опоры 5 вверх возрастает, чта приводит к плавному гашению движения перфоратора.

Так как жидкость вытекает из отверстий под острым углом, направленным вверх, реактивная сила вытекающих струй жидкости толкает корпус соединителя, а значит и жестко связанный с ним геофизический прибор вниз, что приводит к натяжению кабеля и предотвращает перемещение прибора вверх.

С перемещением шаровой опоры 5 вверх пружина 6 сжимается и в момент когда все отверстия 10 в корпусе 3 соединителя перекрыты, остаточная энергия движения перфоратора переда- ется соединителю и геофизическому прибору. Причем энергия перфоратора будет значительно погащена по сравнению с начальным моментом воздействия ударной волны. Пружина 6 при этом предохраняет электрическое соединение между прибором и перфоратором от механического повреждения и препятствует взаимному провороту опор друг относительно друга.

Поскольку на каротажный кабель, закрепленньй на геофизическом приборе, воздействует перфоратор со значительно погашенной по сравнению с начальным моментом времени кинетической энергией, кабель не испытьгаает больших перегрузок, перемещение его вверх ограничено и на нем не образуюся петли и захлесты, что обеспечивае его надежную работу и повьппает безопасность и безаварийность проведения прострелочно-взрывных работ в скважинах.

10

5 0 5

0

Таким образом, сниженное ударное воздействие на геофизический прибор в момент срабатывания перфоратора повьшает надежность работы прибора в скважине и увеличивает средний срок его службы, кроме того, не требуется значительное усложнение конструкции геофизического прибора для обеспечения условий его нормального функционирования при больших ударных ускорениях, возникающих при срабатьгоа- нии перфоратора.

Кроме того, значительно снижено ударное воздействие на каротажный кабель, что предотвращает его захлестывание, образование петель, повьщза- ет безопасность и безаварийность проведения прострелочно-взрывных работ в скважинах.

Формула изобретения

Устройство для перфорации и геофизических исследований скважин, содержащее перфоратор, геофизический прибор и сочленяющий их соединитель, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе , соединитель вьтолнен в виде полого цилиндра с наклонными отверстиями в его стенках и щаровым седлами на концах, внутри цилиндра размещены шаровые опоры, пальцы которых жестко соединены с перфоратором и геофизическим прибором, а шаровые опоры соединены пружиной, концы которой жестко закреплены на шаровых опорах.

-В

Редактор Г.Волкова

Составитель Н.Журавлева Техред И,Попович

Заказ 2106/20 Тираж 548Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Корректор : Л. Пат аи