Пулевой способ перфорации буровых скважин и устройство для его осуществления

 

Использование: в области добычи жидких или газообразных текучих сред из буровых скважин, в частности к перфорированию их с помощью метаемых пуль для вскрытия пластов. Обеспечивает повышение качества вскрытия продуктивных пластов за счет предотвращения разрушения цементного камня при простреле пулями. Сущность изобретения: по способу в намеченных точках формирования перфорационных каналов в скважине перед метанием пуль производят прожигание трубы высокотемпературной струей газов. Устройство содержит корпус, с вертикально-криволинейными стволами. Стволы обеспечивают направленное движение пуль. Основания стволов с пулями соединены с пороховым зарядом. Перед пороховым зарядом соосно с ним и параллельно стволам установлен газогенератор с твердотопливным зарядом, соплами, пиропатроном и воспламенителем. Газогенератор огнепроводным каналом соединен с пороховым зарядом и является средством воспламенения этого заряда. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области добычи жидких или газообразных текучих сред из буровых скважин, в частности к перфорированию их с помощью метаемых пуль для вскрытия пластов.

Известен пулевой способ перфорации буровых скважин, взятый за прототип, заключающийся в выстреливании пуль из стволов перфораторов под действием давления пороховых газов, образующихся при сгорании пороховых зарядов в камерах аппаратов. При этом пуля за счет высокой скорости пробивает стенку обсадной трубы, цемент за ней и проникает в породу (пласт). Пули могут выстреливаться одновременно, залпом или поочередно, раздельно (1).

Основным недостатком пулевого способа перфорации является несанкционированное разрушение обсадной трубы при простреле ее пулями, а именно: часть энергии выстрела расходуется на деформацию обсадной трубы, что может привести за счет разрушения цементного слоя к соединению нефтеносного слоя с водоносным. Кроме того, на внутренней поверхности трубы вокруг пробитого отверстия образуются заусенцы, представляющие собой большие помехи при проведении дальнейших работ по освоению скважины, и требуют трудоемких операций по зачистке колонны от них. Все это снижает эффективность вскрытия продуктивных пластов.

Способ осуществляется различными конструкциями перфораторов. Так, известные пулевые перфораторы типа АПХ, ПВ, ППМ содержат корпус со стволами для направленного движения пуль, пороховой заряд и воспламенитель. Оси стволов направлены перпендикулярно к оси корпуса перфоратора, а следовательно, и к оси скважины. В этих перфораторах длина ствола, в котором производится разгон пули давлением пороховых газов, ограничена, поэтому кинетическая энергия пули на выходе из дульного отверстия недостаточна для получения в породе каналов большой глубины, что влияет на дебит скважины (2,3).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству, взятому за прототип, является конструкция пулевого перфоратора с вертикально-криволинейными стволами типа ПВН, в которых разгон пуль осуществляется по стволам значительной длины, расположенным вдоль оси корпуса, и которые заканчиваются криволинейными желобами для изменения направления движения пули в сторону стенки скважины (2). При такой конструкции длина ствола по сравнению с горизонтальным расположением стволов в 6 7 раз больше, скорость пули на выходе из ствола также значительно выше, имеется возможность применять пули с большей массой, кинетическая энергия, которую приобретает пуля на выходе из ствола, увеличивается примерно в 10 раз. Поэтому перфораторы этой конструкции имеют гораздо большую пробивную способность, и канал, образуемый при выстреле, длиннее, чем у перфораторов с горизонтальным расположением стволов.

Конструкция-прототип, имея лучшие свойства по пробивной способности, имеет те же недостатки, что и аналоги, реализующие пулевой способ перфорации: труба подвергается деформации, и на ней образуются заусенцы, что отрицательно влияет на эффективность (качество) вскрытия продуктивных пластов.

Задачей изобретения является разработка такого способа пулевой перфорации и такого устройства, которые позволили бы повысить качество вскрытия продуктивных пластов за счет предотвращения несанкционированного разрушения цементного камня при простреле пулями.

Задача и решается предлагаемым способом перфорации, который может быть осуществлен предлагаемым устройством.

Предложенный способ перфорации буровых скважин заключается в следующем: в точках формирования перфорационных каналов производят сначала прожигание трубы высокотемпературной струей газов, а затем метание пуль за счет энергии расширения пороховых газов.

Предложенный способ отличается от прототипа наличием дополнительной операции прожигания трубы высокотемпературной струей газов, т.е. способ обладает новизной. При прожигании трубы происходит выплавление отверстия, в которое затем беспрепятственно влетает пуля. При этом не происходит деформация трубы, и в ее стенке отсутствуют заусенцы. Такая операция при перфорации буровых скважин не была известна, наличие ее непосредственно из уровня техники не вытекает, и для специалистов она не была очевидна. Это видно из того, что пулевой способ перфорации известен с 40-х годов нашего столетия [(2)] стр. 31, и сведений о подобной операции ни из технической, ни из патентной литературы не обнаружено. Но именно введение этой операции в способ позволило решить поставленную задачу. Это дает основание считать данный способ обладающим изобретательским уровнем.

Устройство, с помощью которого может быть реализован предложенный способ, содержит корпус с вертикально-криволинейными стволами для направленного движения пуль. Основания стволов с пулями соединены с пороховым зарядом. Перед пороховым зарядом, соосно с ним и параллельно стволам, установлен газогенератор на твердом топливе, предназначенный для прожигания обсадной трубы в намеченных точках формирования перфорационных каналов в скважине. Газогенератор соединен с пороховым зарядом огнепроводной связью и является средством воспламенения этого заряда.

Предложенная конструкция отличается от прототипа наличием газогенератора на твердом топливе, соединенного огнепроводной связью с пороховым зарядом, т.е. конструкция обладает новизной.

В технике известно использование газогенераторов для различных целей, в частности, для получения горячих и холодных газов, используемых для надувания средств безопасности, тушения пожаров, приведения в действие различных механизмов и т.д.

В предложенной конструкции газогенератор установлен определенным образом, позволяющим сначала использовать его для прожигания обсадной трубы, а затем как воспламенитель для срабатывания порохового заряда, предназначенного для метания пуль. Такое исполнение в технике не известно, непосредственно из нее не вытекает, и не было очевидным для специалистов. Однако, именно такое сочетание узлов конструкции позволило реализовать предложенный способ и решить поставленную задачу. Кроме того, такое исполнение позволяет увеличить длину пробиваемого пулей канала в породе, что значительно увеличивает дебит скважины. Таким образом, предложенная конструкция обладает изобретательским уровнем.

Как видно из вышеизложенного, и способ, и устройство для его осуществления связаны единым изобретательским замыслом. Предложенный способ сегодня может быть реализован только предложенной конструкцией. Едины и задача, и технический результат обоих технических решений.

На фиг.1 представлена заявляемая конструкция устройства; на фиг.2 то же, после ее срабатывания.

Устройство содержит корпус 1, вертикально-криволинейные стволы 2 с пулями 3, пороховой заряд 4, газогенератор с твердотопливным зарядом 5, соплами 6, пиропатроном 7, воспламенителем 8, огнепроводным каналом 9.

На фиг.2 приняты обозначения: обсадная труба 10, цементный слой 11, порода 12.

Устройство, осуществляющее предложенный способ, работает следующим образом. От пиропатрона 7 срабатывает воспламенитель 8, который способствует загоранию заряда твердого топлива 5 газогенератора. Образовавшаяся высокотемпературная струя газов через сопла 6 прожигает обсадную трубу 10. Продукты сгорания остатков твердотопливного заряда через огнепроводный канал 9 проникают к пороховому заряду 4, зажигают его, и от расширяющихся пороховых газов происходит выстреливание пуль 3, которые, двигаясь сначала по вертикальной, а затем по криволинейной части ствола 2, попадают в прожженные отверстия обсадной трубы 10, а затем через цементный слой 11 в породу 12.

Реализация заявленного способа предложенной конструкцией позволила: предохранить обсадную трубу и цементное кольцо от деформации, образования трещин, так как метаемая пуля без усилия входит в породу, пройдя через образовавшееся отверстие в трубе и частично разрушенное цементное кольцо, что позволяет предотвратить возможность соединения продуктивных пластов с водоносным, препятствуя их раннему обводнению; - предохранить внутреннюю поверхность обсадной трубы от заусенцев вокруг пулевого отверстия, так как края этого отверстия оплавляются высокотемпературными газами, что позволяет беспрепятственно использовать необходимые приборы и инструменты при освоении и эксплуатации скважины; способствует увеличению длины канала, пробиваемого пулей для вскрытия пласта, что повышает дебит скважины.

Все это повышает качество вскрытия продуктивных пластов, а следовательно, повышается эффективность добычи нефти.

Формула изобретения

1. Пулевой способ перфорации буровых скважин, заключающийся в метании пуль в намеченные точки формирования перфорационных каналов в скважине за счет энергии расширения пороховых газов, отличающийся тем, что перед метанием пуль в этих точках производят прожигание обсадной трубы высокотемпературной струей газов.

2. Устройство для пулевой перфорации буровых скважин, содержащее корпус с вертикально-криволинейными стволами для направленного движения пуль, метательный пороховой заряд и средство воспламенения заряда, отличающееся тем, что оно снабжено установленным перед пороховым зарядом газогенератором на твердом топливе для прожигания обсадной трубы, при этом газогенератор соединен с пороховым зарядом огнепроводной связью и является средством воспламенения заряда.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2