Ударное устройство для перфоратора Советский патент 1993 года по МПК E21B43/116 

Изобретение относится к нефтегазодо- бывающей промышленности, в частности к пластоиспытательному оборудованию на трубах.

В последние годы все большее применение в практике промысловых работ находит технология испытания перспективных горизонтов под депрессией с применением пластоиепытательного оборудования на трубах. Такая технология позволяет вызвать приток и испытывать пласт, практически исключая контакт с промывочной жидкостью скважины, в результате чего повышается достоверность результатов испытания объекта. Для практического осуществления такой технологии в компоновку пластоиспытательного оборудования добавляется блок перфораторов с запальной головкой (детонатором), которые устанавливаются под па- керутощим устройством после фильтра. Определенные трудности в осуществлении такой технологии заключаются в приведении в действие перфоратора в нужный момент времени. В решении этой проблемы наметилось два направления.

В первое направление входят устройства, в которых приведение в действие перфо- рато-ра, т.е. воздействие на запальную головку (детонатор) .осуществляется за счет кинетической энергии удара штанги, сбрасываемой с устья скважины или с определенной глубины внутрь колонны труб. При

XJ 00

ю о XI

СП

установке штанги, например, ниже пласто- испытателя для ее освобождения используется избыточное давление, создаваемое в трубах,или перепаддавления между внутри- трубным и затрубным давлением, Недостатком указанного устройства -являются с . одной стороны определенные ограничения в их применении по причине необходимости создания давления в трубах путем нагнетания газообразного агента, или использования прямоточного пластоиспы- тательного оборудования,наличие которого в СССР ограничено. С другой стороны указанные устройства недостаточно надежны из-за возможного выпадения осадка механических частиц на голову детонатора из промывочной жидкости скважины при разрушении ее структурных свойств (снижение сдвига, вязкости). В этом случае возникает пробка из осадка над детонатором, в которой падающая штанга останавливается не достигнув головы детонатора. Во второе направление, более перспективное, входят устройства, в которых воздействие на детонатор оказывает ударный механизм, приводимый в движение давлением жидкости, находящейся в скважине или внутри труб, на которых спускается оборудование для испытания объекта в скважине. Такой ударный механизм, как правило, расположен прямо над головой детонатора и исклю- чает какое-либо влияние на его работоспособность , осадок механических частиц, выпадающих из жидкости, находящейся в скважине. Известно скважинное устройство для привода в действие перфоратора, содержащее корпус, расположенный внутри корпуса запальник (детонатор), установленный над ним ударный механизм с защелками, зафиксированный в корпусе срезными шпильками приводной поршень с тягой для освобождения защелок ударного механизма, В корпусе выполнены радиальные отверстия для сообщения кольцевого (затрубного) пространства скважины с полостью под фиксированным поршнем. Устройство срабатывает при изменении уровня давления в затрубном пространстве скважины. Недостатком, указанного устройства является необходимость создания избыточного давления в затрубном пространстве скважины определенного уровня, что не всегда возможно из-за технического состояния обсадной колонны, кроме того требует применения специализированной техники (агрегатов). Для устранения отмеченных недостатков необходимо такое устройство, которое приводит в действие перфоратор за счет перепада давления под пакером и над пакером, возникающего в момент открытия

клапана пластоиспытателя, т.е. разности давлений между давлением в затрубном пространстве скважины и давлением столба жидкости в трубах. Наиболее близко отвечает этим требованиям известное устройство Запальный механизм, приводимый в дей: ствие давлением флюида в кольцевом пространстве скважины, принятый авторами за прототип. Устройство содержит корпус с

0 радиальными отверстиями, внутри которого установлено запальное устройство (детонатор), расположенный над ним ударный механизм с защелками связанный с ним полый шток, для управления защелками, жестко

5 соединенный с приводным кольцевым пор- шнем .хрупко фиксированным в корпусе. Полость кольцевого поршня со стороны полого штока .сообщается с радиальными отверстиями в корпусе. Устройство срабатывает в

0 ответ на повышение давления в кольцевом пространстве скважины в случае его использования без пластоиспытательного оборудования, как это описано в патенте США № 4655298. Однако указанное устройство

5 может быть использовано, например, с полно.проходным пластоиспытательным оборудованием. В этом случае оно будет срабатывать в момент открытия клапана пластоиспытателя, т.е. в ответ на разность

0 давлений между затрубным и внутритруб- ным. Недостатком устройства является необходимость установки корпуса устройства с приводным кольцевым поршнем над пакером. Это вызывает в свою очередь необхо5 димость соединения этого поршня полым штоком,проходящим концентрически через ствол пакера для соединения с ударным механизмом. Наличие штока в стволе пакера сужает его проходное сечение, препятству0 ет проведению геофизических исследований в подпакерной зоне, искажает показатели при испытании скважин на потенциальный дебит. В целом, это снижает . надежность и достоверность испытания

5 объекта в скважине.

Цель изобретения - повышение надежности перфорации и обеспечение возможности использования устройства при испытании пластов по схеме вскрытие-ис0 пытание.

Указанная цель достигается тем, что известное ударное устройство для перфоратора, содержащее полый корпус с радиальными отверстиями в нижней и верхней частях, вы5 полненный внутри полого корпуса кольцевой выступ, полый шток с радиальными отверстиями и детонатором, установленный соосно внутри корпуса, ударную штангу с цилиндрическими фиксаторами и бойком, расположенную в полом штоке, кольцевой

уравновешенный поршень с цанговым фиксатором, размещенный в полости между корпусом и полым штоком с возможностью взаимодействия с цилиндрическими фикса- торами, согласно изобретению, снабжено ступенчатым кольцевым уравновешенным поршнем с подпружиненными защелками, а на наружной поверхности полого штока выполнены кольцевые выступы со скошенными нижними гранями, при этом ступенчатый кольцевой уравновешенный поршень размещен в полости между корпусом и полым штоком и образует газовую камеру в полом корпусе между кольцевым уравновешенным поршнем и ступенчатым кольцевым уравновешенным поршнем, подпружиненные защелки расположены с возможностью зацепления с кольцевыми выступами полото штока, причем полости полого штока, между полыми корпусом и штоком, и коль- цевым уравновешенным поршнем и между полыми корпусом и штоком, и ступенчатым кольцевым уравновешенным поршнем гидравлически связаны отверстиями с внеш- ним пространством.

На фиг. показан общий вид устройства в разрезе в исходном положении; на фиг.2 - то же, в момент срабатывания; на фиг.З - вид I на фиг.1; на фиг.4 - вид II на фиг.1; на фиг,5 - вид III на фиг.4 и на фиг.6 показана схема компоновки пластриспытательного оборудования.

Ударное устройство.для перфоратора содержит полый цилиндрический корпус 1, состоящий из четырех частей, скрепленных на резьбах, с присоединительными резьба- ми 2 к испытательному оборудованию и резьбой 3 к перфоратору. В корпусе 1 имеются радиальные отверстия 4 с одного конца, и отверстия 5 с другого конца. В средней части корпуса 1 выполнена диафрагменная камера с диафрагмой 6 и штуцерный узел 7 с каналом 8 и резьбовой пробкой 9. В полости корпуса 1 выполнены кольцевой выступ 10 в средней части и утолщение 11. Внутри корпуса 1 концентрично закреплен полый шток 12 с радиальными отверстиями 13 в верхней части и кольцевыми выступами 14 со скошенными нижними гранями на наружной поверхности. Во внутренней поло- сти А штока 12 расположена ударная штанга 15, удерживаемая в подвешенном состоянии цилиндрическими фиксаторами 16, имеющими рабочую поверхность в форме усеченного конуса и уплотнительные элементы на теле цилиндрических фиксаторов 16. Ударная штанга 15 имеет кольцевую проточку 17 для взаимодействия с цилиндрическими фиксаторами 16, нижняя ее часть выполнена в виде поршня 18 с уплотнениями и заканчивается бойком 19. В нижней части полого штока 12 на резьбе установлен соосно внутри корпуса 1 корпус запальника с детонатором 20, связанным с перфоратором. Между ударной штангой 15 и детонатором 20 образована полость Б атмосферного давления. В полости между корпусом 1 и полым штоком 12 размещен кольцевой уравновешенный поршень 21 с цанговым фиксатором 22, выполненный с возможностью взаимодействия с цилиндрическими фиксаторами 16. .Кольцевой уравновешенный поршень 21 удерживает в закрытом положении цилиндрические фиксаторы 16,. взаимодействующие с подвешенной на них ударной штангой 15. В нижней части поршня 21 выполнена проточка 23, предотвращающая выпадение цилиндрических фиксаторов 16 при их открытии, В полости между корпусом 1 и полым штоком 12 размещен дополнительный кольцевой уравновешенный поршень 24,. выполненный в виде ступенчатой втулки с уплотнениями. В верхней части поршня 24 установлены защелки 25, представленные на фиг.4, выполненные в виде подпружиненных цилиндров с .треугольной формой рабочей поверхности, расположенные с возможностью зацепления с кольцевыми, выступами 14 полого штока 12 и обеспечи- вающие перемещение поршня 24 только в одном направлении снизу-вверх. Между поршнем 21 и поршнем 24 образована дифференциальная газовая камера Д. Над поршнем 24 в камере Д свободно установлена ограничительная втулка 26, ограничивающая в заданный момент ход вверх поршня 24 упором в утолщение 11 корпуса 1. Для предотвращения попадания осадка и постоянных предметов в корпусе 1 на штоке 12 установлена заглушка 27, Ударное устройство для перфоратора устанавливается в компоновку пластоиспытательного оборудования, как показано на фиг.6. К резьбе 3 корпуса 1 закреплен перфоратор 28 с башмаком 29. Корпус 1 верхней резьбой 2.С061- диняется с фильтром 30, якорным устройством 31, пакером 32, испытателем пластов 33, бурильными трубами 34, На фиг.6 оборудование показано в скважине, обсаженной обсадной колонной 35, за которой расположен пласт 36, подлежащий испытанию.

Ударное, устройство для перфоратора работает следующим образом.

Перед спуском в скважину газовая камера Д заполняется сжатым воздухом давлением 8,0 МПа, которое действует на нижний торец поршня 21 с усилием, на 10- 15% меньшим усилия, необходимого для освобождения цангового фиксатора 22 из проточек штока 12, В случае непредвиденного освобождения цангового фиксатора 22 и последующего освобождения цилиндрических фиксаторов 16 ударное устройство для перфораторов не срабатывает, так как давление над и подударной штангой 15 одинаковое и равно атмосферному, в связи с чем усилие, создаваемое бойком 19 на запальник с детонатором 20, будет недостаточным для срабатывания детонатора 20. Собранная компоновка испытательного оборудования с ударным устройством, как показано на фиг.6, спускает в скважину. На определенной- глубинеспуска в скважину оборудования давление в газовой камере Д сравняется с дав- лением столба бурового раствора в зэтрубном пространстве. В дальнейшем, по мере спуска в скважину, ступенчатый кольцевой уравновешенный поршень 24 начинает перемещаться вверх под действием усилия, передаваемого на его нижний торец давлением столба бурового р аствора в скважине. При этом давление воздуха в газовой камере Д будет равно текущему давлению столба бурового раствора в скважине. Кольцевой уравновешенный поршень 21 остается неподвижным, так как на его противоположные торцы действует давление столба бурово- г о раствора в скважине и равное ему давление воздуха в газовой камере Д. По этой же причине на диафрагму 6 не действу-, ет перепад давления. После спуска компоновки пластоиспытательного оборудования до заданной глубины включают в работу якорное-устройство 31, производят паке- ровку, открывают приемный клапан испытателя пластов 33 и сообщают полость бурильных труб с подпакерной зоной, в результате чего происходит перераспределение давлений. В подпакерной зоне и связанной с ней полостью А давление становится равным гидростатическому давлению столба залитой в трубы жидкости, а давление в газовой камере Д остается равным гидростатическому давлению столба бурового раствора в скважине до открытия приемного клапана испытателя пластов, так как ступенчатый кольцевой поршень 24 не может перемещаться вниз. Указанный перепад давления не вызывает разрушения диафрагмы, так как его величина известна заранее и диафрагма оттарирована на большую величину перепада давления. Под действием возникшего перепада между давлением в полости А и давлением в газовой камере Д кольцевой уравновешенный поршень 21 уходит вверх, освобождая фиксаторы .16. Под действием перепада давления в полостях А и Б ударная штанга

15 раздвигает .цилиндрические фиксаторы

-16.и ударяет бойком 19 по детонатору 20,

который приводит -в действие перфоратор

28. В случае возникновения необходимости

подъема оборудования вследствие негерметичности пакеровки либо по другим причинам, в затрубном пространстве создается избыточное давление, под действием кото- . рого происходит некоторое движение порш0 ня 25 вверх до упора ограничительной втулки 26 в утолщении 11 корпуса 1, благодаря чему прекращается рост давления в тазовой камере мере давления в за- трубном пространстве скважины за счет

5 увеличения избыточного давления на устье скважины. Под действием созданного пере- пада давления пШй схго дит разрыв диафрагмы .6 и постоянное, сообщение газовой камеры Д с затрубньЫ пространством. По0 еле этого производят гюдъем компоновки испытательного оборудования на поверхность без опасности срабатывания ударного устройства к перфоратору. Включение в ударное устройство к перфоратору допол5 нительного ступенчатого кольцевого уравновешенного поршня 24 и дифференциальной газовой камеры Д позволит повысить компактность системы ударный механизм-перфорато, и надеж0 ность ее работы, осуществлять геофизические исследования в подпакерной зоне. В целом это повысит надежность и достоверность испытания объекта в скважине, как следствие, позволит сократить количество

5 спусков пластоиспытательного оборудования для исследования одного и того же объекта. Ориентировочно экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения составит до 70 тыс.руб. на 100

0 проведенных операций.

Формула изобретения Ударное устройство для перфоратора, содержащее полый корпус с радиальными отверстиями в нижней и верхней частях, вы5 полненный внутри полого корпуса кольцевой выступ, полый шТеж с радиальными отверстиями и детонсггором, установленный сорсно внутри корпуса, ударную штангу с цилиндрическими фиксаторами и бойком,

0 расположенную в полом штоке, кольцевой уравновешенный поршень с цанговым фиксатором, размещенный в полости между корпусом и полым штоком с возможностью взаимодействия с цилиндрическими фикса5 торами, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности перфорации и обеспечения возможности использования устройства при испытании пластов по схеме вскрытие-испытание, оно снабжено ступен- чатым кольцевым уравновешенным поршнем с подпружиненными защелками, а на наружной поверхности полого штока выполнены кольцевые выступы со скошенными нижними гранями, при этом ступенчатый кольцевой уравновешенный поршень размещен в полости между корпусом и полым штоком и образует газовую камеру в полом корпусе между кольцевым уравновешенным поршнем и ступенчатым кольцевым уравновешенным поршнем, подпружинен0

ные защелки расположены с возможностью зацепления с кольцевыми выступами полого штока, причем полости полого штока между полыми корпусом и штоком и кольцевым уравновешенным поршнем и между полыми корпусом и штоком и ступенчатым кольцевым уравновешенным поршнем гидравлически связаны отверстиями с внешним пространством.

Изобретение относится к нефтегазодо- бывающей помышленности, в частности к пластоиспытательному оборудованию на трубах. Устройство содержит полый корпус 1 с радиальными отверстиями 4 и 5. Внутри полого корпуса 1 выполнен кольцевой выступ 10. Устройство имеет полый шток 12 с радиальными отверстиями 13 и детонатором 20, установленную соосно внутри корпуса 1 ударную штангу 15 с цилиндрическими фиксаторами 16 и бойком 19. В полости между корпусом 1 и штоком 12 установлен кольцевой уравновешенный поршень 21 с цанговым фиксатором 22, ступенчатый кольцевой уравновешенный поршень 24 с подпружиненными защелками 25. На наружной поверхности штока 12 выполнены кольцевые выступы 14 со скошенными нижними гранями. При этом ступенчатый кольцевой уравновешенный поршень 24 размеще;-Гв полости между корпусом 1 и полым штоком 12 и образует газовую камеру Д в полом корпусе 1 между кольцевым уравновешенным поршнем 21 и ступенчатым кольцевым уравновешенным поршнем 24. бил.

Фиг.1

Фи з.2