Устройство для перфорации и обработки продуктивного пласта

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к области бурения скважин, и может быть использовано для создания перфорационных каналов в обсадной колонне труб с последующей имплозийной обработкой пласта. Обеспечивает упрощение устройства и осуществление перфорации в щадящем режиме. Сущность изобретения: устройство содержит полый корпус, имплозийную камеру, соединенную с внутренней поверхностью полого корпуса, образующую единый корпус, гибкий безмуфтовый носитель. Полый корпус выполнен в виде цилиндра, заполненного жидкостью. Внутри него размещен поршень со штоком, имеющий радиальный проходной канал, верхняя часть которого размещена в имплозийной камере. Поршень со штоком расположены так, что в конце рабочего хода поршня гидравлически соединяются имплозийная камера с подпакерным внутренним пространством скважины. При этом поршень установлен так, что подпоршневая часть полого корпуса соединена с внутренним пространством скважины. Шток при этом жестко соединен с основанием устройства. Основание выполнено в виде цилиндрического стакана с окнами для резцов. На верхней плоскости его выполнены радиальные каналы. Основание упирается цилиндрической частью в пакер, свободная часть которого жестко закреплена на едином корпусе. Нижняя часть единого корпуса выполнена в виде клина с пазами. В пазы клина и радиальные каналы основания устройства вставлены резцы с возможностью синхронного перемещения относительно друг друга в окнах. На цилиндрической поверхности единого корпуса установлены с возможностью совместного перемещения подпружиненный фонарь и ограничитель. Ограничитель поджимает клапан, размещенный между имплозийной камерой и полым корпусом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к области бурения скважин, и может быть использовано для создания перфорационных каналов в обсадной колонне труб с последующей имплозийной обработкой пласта.

Известно "Устройство для создания перфорационных щелевых каналов" (см. SU а. с. 1776772, МКИ Е 21 В 43/114, БИ 43, 23.11.92), содержащее корпус с продольным каналом и наклонными пазами, цилиндр с поршнем и режущий инструмент в виде резцов, шарнирно связанных с поршнем и установленных в наклонные пазы корпуса с возможностью перемещения, при этом поршень выполнен кольцевым, причем в каждом резце выполнен продольный канал с возможностью гидравлической связи с каналом корпуса в крайнем верхнем положении.

Недостатком устройства является ограниченность использования из-за того, что спуско-подъемные операции возможны только на насосно-компрессорных трубах (НКТ), высокая металлоемкость и сложное конструктивное исполнение.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является "Способ для перфорации и обработки при забойной зоны скважины и устройство для его осуществления" (см. патент RU 2072421, МКИ Е 21 В 43/117, 43/18, 43/25, БИ 3, 27.03.97). Устройство для перфорации и обработки призабойной зоны скважины включает полый корпус с заглушенными отверстиями, размещенные в нем кумулятивные заряды, детонирующий шнур, взрывной патрон, электропривод, соединяющий взрывной патрон через кабельную головку с бронированным кабелем, и имплозийную камеру, внутренняя полость которой соединена с внутренней полостью корпуса, соотношение объемов имплозийной камеры и корпуса составляет (3-12):1 соответственно.

Недостатками данного устройства являются: во-первых, при ударном воздействии на стенку скважины растрескивается ее крепь, что приводит к преждевременной обводненности скважины; во-вторых, необходимо использовать для работы дорогостоящие кумулятивные заряды и кабель, специально обученный персонал, и соблюдение многих мер безопасности, что в совокупности значительно повышает стоимость работ; в-третьих, размеры отверстий, создаваемые устройством в эксплуатационной колонне в среднем достигают 4-5 мм², что не исключает их забивание в процессе эксплуатации, причем около 20-25% количества зарядов срабатывают неэффективно, что значительно снижает эффективность работ при освоении пластов; в-четвертых, отсутствие пакерующего устройства значительно снижает эффект от имплозийного воздействия на пласт.

Решаемая техническая задача состоит в том, чтобы создать такое устройство для перфорации стенок скважины с одновременным имплозийным воздействием на пласт, которое бы при сравнительно простом конструктивном исполнении и минимальных материальных затратах обеспечивало его надежную и эффективную работу, не нарушая крепи скважины.

Целью предлагаемого изобретения является: упрощение и удешевление конструкции за счет исключения кумулятивных зарядов, бронированного кабеля и отсутствия дополнительных устройств к спуско-подъемным механизмам, осуществление перфорации стенок скважины в щадящем режиме за счет механического разрушения стенок скважины и цементного камня, а также отсутствия ударных нагрузок, и повышение эффективности имплозийного воздействия на пласт за счет стабильности работы устройства, а также за счет наличия пакерующего устройства.

Поставленная цель достигается описываемым устройством для перфорации и обработки продуктивного пласта, содержащим полый корпус, имплозийную камеру, соединенную с внутренней поверхностью полого корпуса, образующую единый корпус, гибкий безмуфтовый носитель.

Новым является то, что полый корпус выполнен в виде цилиндра, заполненного жидкостью, внутри которого размещен поршень со штоком, верхняя часть которого находится в имплозийной камере. Шток, имеющий радиальный проходной канал, расположен так, что в конце рабочего хода поршня гидравлически соединяются имплозийная камера с подпакерным внутренним пространством скважины. Поршень установлен так, что подпоршневая часть полого корпуса соединена с внутренним пространством скважины. Шток при этом жестко соединен с нижним основанием устройства. Основание устройства выполнено в виде цилиндрического стакана с окнами для резцов, на верхней плоскости которого выполнены радиальные каналы. Своей цилиндрической частью основание устройства упирается в пакер, свободная часть которого жестко закреплена на едином корпусе. Нижняя часть единого корпуса выполнена в виде клина с пазами. В пазы клина и радиальные каналы основания устройства вставлены резцы с возможностью синхронного перемещения относительно друг друга. На цилиндрической поверхности единого корпуса установлены с возможностью совместного перемещения подпружиненный фонарь и ограничитель, который поджимает клапан, размещенный между имплозийной камерой и полым корпусом.

Новым также является то, что в качестве гибкого безмуфтового носителя используют канат.

Анализ известных аналогичных решений позволяет сделать вывод об отсутствие в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемом устройстве, т. е. о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

На чертеже схематично представлено предлагаемое устройство в статике.

Устройство для перфорации и обработки продуктивного пласта содержит (см. чертеж) полый корпус 1, имплозийную камеру 2, соединенную с внутренней поверхностью полого корпуса 1, образующую единый корпус 3, гибкий безмуфтовый носитель 4. Полый корпус 1 выполнен в виде цилиндра, заполненного жидкостью, внутри которого размещен поршень 5 со штоком 6, верхняя часть которого находится в имплозийной камере 2. Шток 6, имеющий радиальный проходной канал 7, расположен так, что в конце рабочего хода поршня гидравлически соединяются имплозийная камера 2 с подпакерным внутренним пространством 8 скважины 9. Поршень 5 установлен так, что подпоршневая часть 10 полого корпуса 1, соединена с внутренним пространством 11 скважины 9. Шток 6 при этом жестко соединен с нижним основанием 12 устройства. Основание 12 устройства выполнено в виде цилиндрического стакана с окнами 13, на верхней плоскости 14 которого выполнены радиальные каналы 15. Своей цилиндрической частью 16 основание 12 устройства упирается в пакер 17, свободная часть 18 которого жестко закреплена на едином корпусе 3. Нижняя часть единого корпуса 3 выполнена в виде клина 19 с пазами 20. В пазы 20 клина 19 и радиальные каналы 15 основания 12 устройства вставлены резцы 21 с возможностью синхронного перемещения относительно друг друга в окнах 13. На поверхности единого корпуса 3 установлены с возможностью совместного перемещения фонарь 22 с пружинами 23 и ограничитель 24, который поджимает клапан 25, размещенный между имплозийной камерой 2 и полым корпусом 1. Предотвращают несанкционированные перетоки жидкости уплотнения 26, 27, 28, 29, 30.

Устройство работает следующим образом.

В собранном виде (см. чертеж) устройство на гибком безмуфтовом носителе (канате) 4 спускают в скважину 9 в требуемый для перфорации и обработки интервал. При спуске предлагаемого устройства в скважину 9 за счет его конструктивных особенностей, т. е. взаимодействия под поршневой части 10 полого корпуса 1 с внутритрубным пространством 11 скважины 9, в полом корпусе 1 создается давление, равное давлению столба скважинной жидкости. При этом в имплозийной камере 2 давление остается равным атмосферному давлению. Затем устройство приподнимают, а фонарь 22 за счет упора пружин 23 в стенку скважины 9 остается на месте до упора в ограничитель 24. После чего при продолжении подъема устройства фонарь 22 и ограничитель 24 совместно перемещаются вниз относительно устройства, освобождая клапан 25. При этом клапан 25 перемещается за счет перепада давлений в полом корпусе 1 и имплозийной камеры 2, открывая возможность перетока жидкости из полого корпуса 1 в имплозийную камеру 2. В результате поршень 5 движется вверх, увлекая за собой через шток 6 опору 12, которая своей цилиндрической частью 16 сжимает пакер 17 до касания со стенками скважины 9, герметизируя подпакерное внутреннее пространство 8 скважины 9. Одновременно резцы 21 перемещаются по пазам 20 и радиальным каналам 15 основания 12 до касания стенок скважины 9. После этого поршень 5 фиксируется относительно стенок скважины 9, а корпус 3, растягивая гибкий безмуфтовый носитель 4, перемещается вниз, раздвигая резцы 21, которые проводят перфорацию стенок скважины 9. В конце рабочего хода поршня подпакерное внутреннее пространство 8 скважины 9 соединяется с имплозийной камерой 2, например, за счет разрушения резцами 21 заглушки 32 через канал 7 штока 6 и канал 33 единого корпуса 3. В результате в подпакерном внутреннем пространстве 8 скважины 9 создается разряжение, которое будет воздействовать на пласт, вскрытый резцами 21. По завершению рабочего хода корпус 1 приподнимают при помощи гибкого безмуфтового носителя 4 вверх, вытаскивая резцы 21 из стенок скважины 9 при помощи пазов 20 клина 19, так как поршень 5 через основание 12 и резцы 21 зафиксирован относительно стенок скважины 9, одновременно пакер 17 принимает первоначальную форму. При этом поршень 5 возвращается в исходное состояние, втягивая жидкость из внутрискважинного пространства 11 скважины 9 через имплозийную камеру 2, каналы 7 и 33. Затем устройство поднимают и при необходимости дальнейших аналогичных работ приводят в первоначальное состояние. Для этого клапан 25 возвращают в исходное состояние, фиксируя ограничителем 24, восстанавливают целостность заглушки 32, сливают жидкость из имплозийной камеры 2. После чего устройство спускают в скважину в новый интервал перфорации и обработки пласта, причем количество повторных операций технически не ограниченно. Имплозийная камера 2 может выполняться сборной, ее длина зависит от создания необходимого перепада давлений с полым корпусом 1 и внутренним подпакерным пространством 8 скважины 9. Полый корпус 1 может состоять из нескольких цилиндров и поршней 5 в зависимости от интервала перфорации, чем глубже интервал - тем меньшим количеством поршней можно осуществить перфорацию стенки скважины 9. В качестве гибкого без муфтового носителя 4 может быть использован канат.

Предлагаемое устройство позволяет отказаться от использования кумулятивных зарядов, что дает возможность применять только спуско-подъемное оборудование и отказаться от использования дополнительного наземного оборудования и бригады по их обслуживанию, упростить техпроцесс и снять многие ограничения в использовании оборудования (например, возможность использовать в темное время суток и в загазованных скважинах). Предлагаемое устройство позволяет также вместо бронированного кабеля использовать канат, который значительно дешевле и имеет много больший (3-5 раз) запас прочности. Осуществление перфорации в щадящем режиме за счет механического разрушения стенок скважины и цементного камня, а также отсутствия ударных нагрузок позволяет исключить преждевременное обводнение нефтеносного пласта скважины. Наличие пакера позволяет более направленно проводить обработку вскрываемого пласта, что повышает эффект от имплозийного воздействия. Последовательность работы основных узлов, то есть установка пакера и одновременное перфорирование пласта и только после этого имплозийное воздействие на пласт, соблюдается благодаря конструктивным особенностям устройства, что сводит к минимуму субъективный фактор. Конструкция позволяет многократное использование устройства практически без использования расходных материалов. Все это в совокупности позволяет добиться высокой стабильности и надежности работы предлагаемого устройства, упростить технологический процесс, добиться значительной экономии материальных и трудовых ресурсов.

Формула изобретения

1. Устройство для перфорации и обработки продуктивного пласта, содержащее полый корпус, имплозийную камеру, соединенную с внутренней поверхностью полого корпуса, образующую единый корпус, гибкий безмуфтовый носитель, отличающееся тем, что полый корпус выполнен в виде цилиндра, заполненного жидкостью, внутри которого размещен поршень со штоком, имеющим радиальный проходной канал, верхняя часть которого находится в имплозийной камере, причем шток расположен так, что в конце рабочего хода поршня гидравлические соединены имплозийная камера с подпакерным внутренним пространством скважины, при этом поршень установлен так, что подпоршневая часть полого корпуса соединена с внутренним пространством скважины, шток при этом жестко соединен с основанием устройства, причем основание выполнено в виде цилиндрического стакана с окнами для резцов, на верхней плоскости которого выполнены радиальные каналы, основание упирается цилиндрической частью в пакер, свободная часть которого жестко закреплена на едином корпусе, нижняя часть единого корпуса выполнена в виде клина с пазами, в пазы клина и радиальные каналы основания устройства вставлены резцы с возможностью синхронного перемещения относительно друг друга, на цилиндрической поверхности единого корпуса установлены с возможностью совместного перемещения подпружиненный фонарь и ограничитель, который поджимает клапан, размещенный между имплозийной камерой и полым корпусом.

2. Устройство для перфорации и обработки продуктивного пласта по п.1, отличающееся тем, что в качестве гибкого безмуфтового носителя использован канат.

РИСУНКИ

Рисунок 1