Ударное устройство для перфоратора

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей 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.

,, 4@, ф

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК sl)s Е 21 В 43/116

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ГЕНИ1., К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4835519/03 (22) 07,06.90 (46) 23.01.93. Бюл, ¹ 3 (71) Северо-Кавказский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) П.С.Варламов, О.В.Пилюцкий и Г.П.Варламов (56) Патент Великобритании N.207650,,кл, Е

21 B 43/16, 1980 r.

Патент США ¹ 4650010, кл, Е 21 В

43/11, 1987 г.

Патент США N 4655298, кл. Е 21 В

43/116, 1987 г, (54) УДАРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРФО. PAT0PA (57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей помышленности, в частности к пластоиспытательному оборудованию на трубах. Устройство содержит полый корпус

1 с радиальными отверстиями 4 и 5. Внутри

Изобретение относится к нефтегазодобывающей 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 пластоиспытательного 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 обьекта, Для практического осуществления такой технологии в компоновку пластоиспыта„„5Ц „„1789675 А1 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 размещен"в 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, 6 ил. тельного оборудования добавляется блок перфораторов с запальной головкой (дето- О, натором), которые устанавливаются под пакерующим 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 перфоратора, 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

1789б75

55 установке штанги, например, ниже пластоиспытателя для ее освобождения используется избыточное давление, создаваемое в трубах,или перепад давления между внутритрубным 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 пластоиспытательного оборудования, наличие которого в СССР ограничено. С другой стороны указанные устройства недостаточно надежны из-эа возможного выпадения осадка механических частиц на голову детонатора из промывочной жидкости скважины при разрушении ее структурных свойств (сни>кение 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, входятустройства, 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 исключает какое-либо влияние на его работоспособность, осадок механических частиц, выпадающих из жидкости, находящейся в скважине. Известно скважинное устройство для привода в действие перфоратора, содер>кащее 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 эа счет перепада давления под пакером и над пакером, возникающего в момент открытия клапана пластоиспытателя, т.е. разности давлений между давлением в эатрубном пространстве скважины и давлением столба жидкости втрубах,,Наиболее близко отвечает этим требованиям известное устройство

"Запальный механизм, приводимый в действие давлением флюида в кольцевом пространстве скважины", принятый авторами за прототип. Устройство содержит корпус с радиальными отверстиями, внутри которого установлено запальное устройство (детонатор), расположенный над ним ударный механизм с защелками, связанный с ним полый шток, для управления защелками, жестко 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 ответ на повышение давления в кольцевом пространстве скважины в случае его использования без пластоиспытательного оборудования, как зто описано в патенте США

М 4655298. Однако указанное устройство может быть использовано, например, с полнопроходным пластоиспытательныM оборудованием. В этом случае оно будет срабатывать в момент открытия клапана пластоиспытателя, т.е. в ответ на разность давлений между затрубным и внутритрубным, Недостатком устройства является необходимость установки корпуса устройства с приводным кольцевым поршнем над пакером, Это вызывает в свою очередь необходимость соединения этого поршня полым штоком, проходящим концентрически через ствол пакера для соединения с ударным механизмом. Наличие штока в стволе пакера сужает его проходное сечение, препятствует проведению геофизических исследований в подпакер ной зоне, искажает показатели при испытании скважин на потенциальный дебит. В целом, это сни>кает надежность и достоверность испытания объекта в скважине, Цель изобретения — повышение надежности перфорации и обеспечение возможности использования устройства при испытании пластов по схеме "вскрытие-испытание".

Указанная цель достигается тем, что известное ударное устройство для перфоратора, содержащее полый корпус с радиальными отверстиями в нижней и верхней частях, выполненный 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

17896 5 уравновешенный поршень с цанговым фиксатором, размещенный в полости между корпусом и полым штоком с возможностью взаимодействия с цилиндрическими фиксаторами, согласно изобретению, снабжено ступенчатым кольцевым уравновешенным поршнем с подпружиненными защелками, а на нару>кной 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 корпуса между кольцевым уравновешенным поршнем и ступенчатым кольцевым уравновешенным поршнем, подпружиненные 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, На фиг.1 показан общий вид устройства в разрезе в исходном положении; на фиг.2 — то же, в момент срабатывания; на фиг,3— вид на фиг.1; на фиг.4 — вид )! на фиг.1; на фиг,5 — вид lll на фиг,4 и на фиг.6 показана схема компоновки пластоиспытательного 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 палый шток 12 с радиальными отверстиями 13 в верхней части и кольцевыми выступами 14 со скошенными нижними гранями на наружной поверхности. Во внутренней полости 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 фиксато-. ров 16. Ударная штанга 15 имеет кольцевую проточку 17 для взаимодействия с цилиндрическими фиксаторами 16, нижняя ее часть выполнена в виде поршня 18 с уплотненияференциальная газовая камера "Д". Над

35 поршнем 24 в камере "Д" свободноустановдования, как показано на фиг,6. К резьбе 3

45 корпуса 1 закреплен перфоратор 28 с башмакам 29, Корпус 1 верхней резьбой 2.сае50

5

30 ми и заканчивается бойком 19. В нижней части полого штока 12 на резьбе установлен соасно внутри корпуса корпус запальника с детонатором 20, связанным с перфоратором. Ме>кду 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, выпслненный с возмо>кностью 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, предотврэщающая выпадение цилиндрических фиксаторов 16 при их открытии, В полости между корпусом 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 подпру>киненных цилиндров с.треугольной формой рабочей поверхности, располо>1<енные с возможностью зацепления с кольцевыми выступами 14 полого штока 12 и обеспечивающие перемещение поршня 24 только в одном направлении снизу-вверх. Ме>кду поршнем 21 и поршнем 24 образована дифлена ограничительная втулка 26, ограничивающая в заданный момент ход вверх поршня 24 упорам 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 оборудиняется 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 располо>кен пласт 36, подлежащий испытанию, Ударное устройство для перфоратора работает следующим образом, Перед спуском в скважину газовая камера "Д" заполняется c>KGTblM воздухомдавлением 8,0 МПа, которое действует на нижний торец поршня 21 с усилием, на 1015 Я меньшим усилил, необходимого для ос1789675 ствием возникшего перепада между 55 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 вобождения цангового фиксатора 22 из проточек штока 12, В случае непредвиденного освобождения цанговсго фиксатора 22 и последующего освобождения цилиндрических фиксаторов 16 ударное устройство для перфораторов не срабатывает, так как давление над и под ударной 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 давлением столба бурового раствора в затрубном 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 раствора в сква>кине. 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 противоположныее торцы действует давление столба бурового раствора в скважине и равное ему давление воздуха в газовой камере Д. По этой >ке причине на диафрагму 6 не действует перепад давления. После спуска компоновки пластоиспытательного оборудования до заданной глубины включают в работу якорНое устройство 31, производят пакеровку, 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 дей10

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 которого происходит некоторое движение поршня 25 вверх до упора ограничительной втулки 26 в утолщении 11 корпуса 1, благодаря чему прекращается рост давления в газовой камере "Д "-по мере давления в затрубном пространстве скважины за счет увеличения избыточного давления на устье . скважины. Под действием созданного перепара давления пфойсходит разрыв диафрагмы.6 и постоялое, сообщение газовой камеры "Д" с затрубнь)и пространством. После этого производят подъем компоновки испытательйого оборудования на поверхность без опасности срабатывания ударного устройства к перфоратору, Включение в ударное устройство к перфоратору дополнительного ступенчатого кольцевого уравновешенного поршня 24 и дифференциальной газовой камеры "Д" позволит повысить компактность системы ударный механизм-перфорато, и надежность ее работы, осуществлять геофизические исследования в подпакерной зоне. В целом это повысит надежность и достоверность испьп ания обьекта в скважине, как следствие, позволит сократить количество спусков пластоиспытательного оборудования для исследования одного и того же обьекта, Ориентировочно зкономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения составит до 70 тыс.руб. на 100 проведенных операций.

Формула изобретения

Ударное устройство для перфоратора, содержащее полый корпус с радиальными отверстиями в нижней и верхней частях, выполненный внутри йолого корпуса кольцевой выступ, полый шгок 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 фиксаторами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности перфорации и обеспечения возможности использования устройства при испытании пластов по схеме вскрытие-испытание, оно снабжено ступенчатым кольцевым уравновешенным порш10

17Я9! 75

p)

B нем с подпружиненными защелками, а на наружной поверхности полого штока выполнены кольцевые выступы со скошенными нижними гранями, при атом ступенчатый кольцевой уравновешенный поршень раз мещен 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 полого штока. причем полости полого штока между полыми корпусам и штоком и кольце5 вым уравновешенным поршнем и между полыми корпусом и штоком и ступенчатым кольцевым уравновешенным поршнем гидравлически связаны отверстиями с внешним пространством.

А г5

7б

1789675

Йl Д

Составитель П.Варламов

Техред M.Moðãåíòàë Корректор .П.Гереши

Редактор Т.Шагова

Заказ 335 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101