Прокалывающий перфоратор для формирования каналов в обсадных колоннах нефтегазовых скважин

 

Использование: в нефтегазодобыче, а более конкретно в технике перфорации нефтегазовых скважин. Обеспечивает повышение надежности работы устройства за счет упрощения его конструкции и установки на него гидронасоса с приводом от электродвигателя. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, выполненный с каналом и воздушной камерой. В корпусе помещен узел усилителя давления, выполненный в виде цилиндра с размещенным в нем подпружиненным поршнем со штоком. Подпружиненный поршень выполнен с дополнительным штоком, образующим с корпусом полость, связанную с воздушной камерой. В корпусе помещен еще рабочий узел. Он выполнен в виде рабочих цилиндров, гидравлически связанных с узлом усилителя давления. В рабочих цилиндрах помещены рабочие поршни с прокалывающими инструментами. Устройство имеет также и узел подачи рабочей жидкости в надпоршневую полость, выполненный в виде реверсивного гидронасоса с реверсивным электродвигателем. Надпоршневая полость гидравлически связана с подпоршневой полостью через канал и реверсивный гидронасос, 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобыче, а более конкретно к технике перфорации нефтегазовых скважин путем формирования каналов в колонне и затрубном пространстве для обеспечения возможности выхода флюидов из продуктивного пласта в скважину.

Известны различные типы перфораторов для формирования каналов в колонне, основными из которых являются кумулятивные и механические [1, 2] Кумулятивные перфораторы формируют каналы в колонне взрывной волной, образующейся при подрыве взрывчатого вещества (ВВ). Недостатком этих перфораторов является то, что при взрыве разрушается цементный камень за колонной и возникают перетоки между пластами, в результате чего продуктивный пласт обводняется, и его отдача сокращается или прекращается совсем.

Механические перфораторы формируют каналы в колонне менее динамично, безударно, в результате чего устраняются недостатки взрывной перфорации. Однако и механические перфораторы имеют существенные недостатки. К примеру, известный прокалывающий перфоратор в качестве энергопривода имеем пороховые шашки, что обуславливает одноразовое действие перфоратора и извлечение его после каждого прокола для перезарядки.

Указанные недостатки устранены в известном механическом прокалывающем перфораторе, принятом за прототип [3] Известный прокалывающий перфоратор для формирования каналов в обсадных колоннах нефтегазовых скважин содержит корпус; узел усилителя давления, помещенный в корпусе и выполненный в виде цилиндра с подпружиненным поршнем внутри; рабочий узел, помещенный в корпусе и выполненный в виде рабочих цилиндров, гидравлически связанных с узлом усилителя давления, и рабочих поршней в них с прокалывающими инструментами, и узел подачи рабочей жидкости в надпоршневую полость. В перфоратор подается рабочая жидкость под давлением, что обеспечивает многократный цикл его работы. Находящаяся под давлением жидкость воздействует на поршень с инструментом и перемещает его. Инструмент прокалывает колонну. При снятии давления поршень с инструментом возвращается в исходное положение и вновь готов к работе при очередном повышении давления.

Недостатками прототипа являются: сложность оборудования для подачи рабочей жидкости к перфоратору; недостаточная производительность ввиду сложностей перемещения оборудования для подачи рабочей жидкости; недостаточная мощность перфоратора; недостаточная надежность работы перфоратора по причине вероятности его заклинивания.

Это достигается тем, что в предложенном прокалывающем перфораторе для формирования каналов в обсадных колоннах нефтегазовых скважин корпус выполнен с каналом и воздушной камерой, а подпружиненный поршень с дополнительным штоком, образующим с корпусом полость, связанную с воздушной камерой. При этом узел подачи рабочей жидкости в надпоршневую полость выполнен в виде реверсивного гидронасоса с реверсивным электродвигателем, а надпоршневая полость гидравлически связана с подпоршневой полостью через канал и реверсивнй гидронасос. Соотношение площадей поперечного сечения поршня и его штоков находится в пределах 8:1-20:1. Надпоршневая полость гидравлически связан с подпоршневой дополнительным каналом с установленным в нем клапаном, имеющим двойной электромагнитный и электрический приводы.

Положительный эффект в предложенном перфораторе достигается за счет следующего.

Вместо сложной системы подачи от агрегата по трубам к перфоратору рабочей жидкости, которую каждый раз при формировании последующего канала приходится перемещать, а на устье подвергать разборке, в перфораторе установлен реверсивный электродвигатель с гидронасосом 5.

Небольшой по габаритам электродвигатель и гидронасос существенно уменьшили габариты перфоратора, сделали его мобильным, быстро перемещаемым, легким, а следовательно, и более производительным.

Выбор соотношения площадей поршня и штоков 8:1-20:1 обеспечивает увеличение давления рабочей жидкости в 8-20 раз, повышая его до 2-3 тысяч атмосфер, в результате чего мощность и надежность работы перфоратора повышается.

Установка двойного электромагнитного и электрического привода клапана и конструктивное исполнение деталей повышает надежность срабатывания клапана и деталей перфоратора в аварийных ситуациях.

Предложенный перфоратор показан на чертеже, где изображены корпус 1; реверсивный электродвигатель 2, реверсивный гидронасос 3, рабочие цилиндры 4, поршень 5, смонтированные на поршнях 5 прокалывающие инструменты 6, цилиндр 7 усилителя давления, поршень 8 усилителя давления, пружина 9 для возврата поршня 8 в исходное положение, полость 10 над поршнем 8, полость 11 под поршнем 8, канал 12, соединяющий гидронасос 3 с полостью 10, канал 13, соединяющий насос 3 с полостью 11 под поршнем 8, канал 14, соединяющий полость под штоком усилителя с рабочими цилиндрами 4, закрытая камера 15 без жидкости, предназначенная для подъема поршня 8 и поршня 5 в исходное положение, шток 16 поршня 8, воздействующий через канал 14 на поршень 5 посредством рабочей жидкости, шток 17 поршня 8, предназначенный для выравнивания объемов полостей 10 и 11 над и под поршнем 8, что и позволяет полостям 10 и 11 выполнять поочередно (при реверсе электродвигателя 2 и гидронасоса 3) роль накопителя рабочей жидкости 18, соединяющий полости 10 и 11, предназначенный для функционирования при аварии клапан 19 с двойным приводом, электромагнит 20, воздействующий на клапан 19; геофизический кабель 21, тяга 22 для соединения клапана 19 с геофизическим кабелем 21.

Перфоратор работает следующим образом.

После включения электродвигателя 2 гидронасос 3 подает рабочую жидкость в полость 10. По действием давления жидкости поршень 8 перемещается вниз, в результате чего шток 16 вытесняет рабочую жидкость через канал 14 в рабочие цилиндры 4. Давление жидкости в цилиндре 4 во столько раз превышает давление в полости 10, во сколько площадь штока 16 меньше площади поршня 10 (за вычетом площади штока 17). Поршень 5 начинает перемещаться под действием жидкости с большим давлением.

Инструменты 6, размещенные на поршнях 5, начинают внедряться в колонну и затрубное пространство. Жидкость из полости 11 отсасывается насосом 3 по каналу 13. В этом случае полость 10 играет роль накопителя, так как полости 10 и 11 равны по объему.

После полного выхода поршней 5 с инструментами 6 их перемещение прекращается, вследствие чего останавливается и поршень 8 со штоками 16 и 17. В результате указанных остановок давление жидкости в полости 10 максимально возрастает. Также максимально возрастает величина потребляемого тока электродвигателя 2. По этому показателю выполняют переключение электродвигателя 2, и насос 3 начинает откачивать рабочую жидкость из полости 10 и перекачивать ее в полость 11. Поршень 8 начинает подниматься вверх. Этому же способствует пружина 9 и разреженный воздух в камере 15 (разрежение создается вследствие движения штока 17 вниз). Перемещение штока 16 вместе с поршнем 8 вверх создает разрежение в цилиндрах 4, в результате чего поршни 5 с инструментами 6 начинают перемещаться от колонны в исходное положение. Также этому способствует и давление жидкости, находящейся в скважине под статическим давлением столба жидкости. Эта жидкость, воздействующая на инструменты 6 и поршни 5 со стороны скважины, обеспечивает возврат поршня 5 с инструментом 6 в исходное положение.

При случайном отключении тока поршень 5 с инструментом 6 начинает перемещаться в исходное положение под давлением скважинной жидкости. Шток 16 перемещает поршень 8 вверх. Рабочая жидкость перетекает из полости 10 через насос 3, вращая его потоком проходящей жидкости, и поступает в полость 11. Через фиксированное время поршень 5 с инструментом 6 встанет в исходное положение. Перфоратор можно извлекать на поверхность.

При аварии насоса 3, когда он не может вращаться под действием потока жидкости и не пропускает ее, включением электромагнита 20 открывают клапан 19, и рабочая жидкость перетекает из полости 10 в полость 11 по каналу 18.

Если при указанных авариях будет отключен ток, то натягивая геофизический кабель 21 (имеется в виду, что ножи 6 находятся в колонне), воздействуют с помощью тяги 22 на клапан 19 и отрывают его, обеспечивая переход жидкости из полости 10 в полость 11.

Пружина 9 и разрежение в камере 15 также способствуют перемещению поршня 8 вверх, а поршня 5 в исходное положение.

Таким образом, предусмотрена пятивариантная защита перфоратора на случай аварии.

Таким образом, изобретена эффективная возможность использования в качестве энергоносителя гидронасоса с приводом от электродвигателя с повышением давления рабочей жидкости в десятки раз с одновременным использованием объемов усилителя в качестве накопителя жидкости с обеспечением пятивариантного надежного возврата поршней с колющими инструментами в исходное положение с многократной подстраховкой от заклинивания перфоратора в скважине.

Перфоратор обеспечивает прокалывание любого количества каналов в колонне за один спуск в скважину.

Формула изобретения

1. Прокалывающий перфоратор для формирования каналов в обсадных колоннах нефтегазовых скважин, содержащий корпус, узел усилителя давления, помещенный в корпусе и выполненный в виде цилиндра с размещенным в нем подпружиненным поршнем с штоком, рабочий узел, помещенный в корпусе и выполненный в виде рабочих цилиндров, гидравлически связанных с узлом усилителя давления, и рабочих поршней в них с прокалывающими инструментами, и узел подачи рабочей жидкости в надпоршневую полость, отличающийся тем, что корпус выполнен с каналом и воздушной камерой, а подпружиненный поршень выполнен с дополнительным штоком, образующим с корпусом полость, связанную с воздушной камерой, при этом узел подачи рабочей жидкости выполнен в виде реверсивного гидронасоса с реверсивным электродвигателем, а надпоршневая полость гидравлически связана с поршневой полостью через канал и реверсивный гидронасос.

2. Перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что соотношение площадей поперечного сечения поршня и его штоков составляет величину в пределах 8:1 - 20:1.

3. Перфоратор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что надпоршневая полость гидравлически связана с подпоршневой полостью дополнительным каналом с установленным в нем клапаном, имеющим двойной электромагнитный и электрический приводы.

РИСУНКИ

Рисунок 1