Устройство для вторичного вскрытия продуктивного пласта сверлением

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам, применяемым при вторичном вскрытии продуктивных пластов сверлением до глубины проникновения фильтра буровых, тампонажных и других технологических жидкостей и более. Обеспечивает упрощение конструкции устройства, повышение надежности его работы. Сущность изобретения: устройство включает трубчатый корпус с размещенным в нем узлом бурения для вращения и подачи бура к стенке скважины, бур, узел промывки бура, механизмы фиксации корпуса к стенке ствола скважины, кассету с буром и буровыми втулками для его наращивания и подвеску корпуса в виде каротажного кабеля. Бур выполнен в виде полого стержня с фрезой на конце. Узел бурения снабжен эластичной диафрагмой с центральным отверстием. Его диаметр меньше диаметра буровой втулки, синхронно вращающейся при работе с буром, проходящим через ее отверстие. Механизмы фиксации корпуса установлены над и под узлом бурения в максимально возможной близости к нему и расположены относительно него симметрично. Бур и буровые втулки поджаты снизу пружиной. Кассета встроена в нижней части устройства и частично размещена в узле бурения с возможностью обеспечения соосности осей бура и шпинделя узла бурения. Фреза бура выполнена в виде эллипса в сечении. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам, применяемым при вторичном вскрытии продуктивных пластов сверлением до глубины проникновения фильтрата буровых, тампонажных и других загрязняющих пласт технологических жидкостей и более.

Известен сверлящий скважинный перфоратор [1], содержащий цилиндрический корпус, подвеску корпуса в виде каротажного кабеля, масляный насос, выдвижной бур, механизм выдвижения бура для сверления и механизм фиксации корпуса перфоратора к стенке скважины.

Его недостатком является то, что оно в силу своих конструктивных особенностей не может создавать каналы сверлением необходимой глубины, на глубину проникновения в пласт загрязняющих его жидкостей.

Известно также устройство для вторичного вскрытия продуктивного пласта сверлением [2], включающего трубчатый корпус, внутри которого размещены узлы вращения, подачи бура, выполненного в виде полого стержня с фрезой на конце, механизмы верхний и нижний фиксации корпуса к стенке ствола скважины, кассету с размещенными в ней втулками для наращивания бура по мере проходки им на длину одной втулки и подвеску корпуса в виде каротажного кабеля.

Это устройство по технической сущности более близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа.

Недостатками его является сложность конструкции, низкая надежность в работе, имеются случаи отказа узлов подачи бура и подачи втулок из кассеты из-за заклинивания бура, поскольку не исключено попадание в зону шпинделя и кассету стружки и выбуренной породы. Кроме того, не исключена опасность поломки режущего инструмента-фрезы при выходе бура из колонны из-за упругой деформации корпуса устройства и отклонения его от оси скважины из-за усилия, развиваемого узлом подачи в процессе сверления, вследствие значительного расстояния точек фиксации устройства в скважине относительно бура, что приводит к резкому увеличению подачи бура в момент его выхода из обсадной колонны и заклиниванию.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции устройства, повышение надежности его в работе за счет фиксирования устройства в максимально возможном близком расстоянии от шпинделя.

Поставленная задача решается описываемым устройством, содержащим трубчатый корпус, с размещенными в нем узлом бурения для вращения и подачи бура к стенке скважины, устройства промывки бура, бура, выполненного в виде полого стержня с фрезой на конце, механизмы фиксации корпуса к стенкам ствола скважины, кассету с размещенными в ней буром и буровыми втулками для наращивания его и подвеску корпуса в виде каротажного кабеля.

Новым является то, что узел бурения снабжен эластичной диафрагмой с центральным отверстием диаметром, меньшим, чем диаметр буровой втулки, синхронно вращающейся при работе с буром, пропущенным через ее отверстие, предотвращающей засорение внутренней зоны перемещения шпинделя отработанной металлической стружкой и выбуренной породой, при этом механизмы фиксации корпуса установлены над и под узлом бурения в максимально возможной близости к нему, а кассета с размещенными в ней буром и буровыми втулками, поджатыми снизу пружиной, установлена в нижней части устройства и частично размещена в узле бурения с возможностью обеспечения соосности оси бура и оси шпинделя узла бурения, причем фреза бура выполнена в виде эллипса в сечении.

Другим отличием является также и то, что оно снабжено блоком электроники, электрически связанным системой контроля процесса сверления и регистрации результатов на компьютере.

Патентные исследования на новизну, а также на изобретательский уровень проводились по патентному фонду института "ТатНИПИнефть" на глубину 20 лет. Результаты поиска показали, что объекты аналогичного назначения и охарактеризованные такой совокупностью существенных признаков, как у предлагаемого, не обнаружены. Следовательно, можно сделать заключение о соответствии заявляемого объекта критерию "новизна" и "изобретательский уровень".

Представленные чертежи поясняют суть изобретения, где на фиг.1 схематически изображено заявляемое устройство в работе, спущенное на каротажном кабеле напротив продуктивного пласта, общий вид, в частичном разрезе, на фиг.2 - опорный кондуктор с размещенным буром, фрагментом кассеты и буровыми втулками, в частичном разрезе; на фиг.3 - вид на А, момент выхода фрезы бура из кондуктора через эластичную диафрагму-уплотнитель.

Устройство содержит спускаемый на каротажном кабеле 1, являющемся подвеской, составной трубчатый корпус 2 (см. фиг.1), с размещенными внутри корпуса взаимосвязанными, механическими, гидравлическими и электрическими системами, включающими узел бурения 3 для вращения и подачи буровой колонны с буром 4, узел промывки (узел промывки не показан), механизмы фиксации 5 и 6 верхний и нижний соответственно с заякоривающими элементами 7 и 8 для фиксации корпуса 2 к стенке ствола скважины 9, установленные над и под узлом бурения в максимально возможной близости к нему и расположенные симметрично относительно него; кассету 10, расположенную в нижней части корпуса, с буровыми втулками 11 для наращивания буровой колонны с буром 4, поджатыми снизу пружиной 12 для выталкивания их по одной в опорный кондуктор 13; узел бурения 3; электропривод 14; блок электроники 15, электрически связанный с системой контроля процесса сверления и регистрации результатов на компьютере (компьютер не изображен). Бур выполнен в виде полого стержня 16 с фрезой 17, режущая часть которой выполнена в виде эллипса (см. фиг.3) в сечении, а на другом его конце выполнен присоединительный элемент, например, в виде муфты 18 для наращивания его буровыми втулками 11. Буровые втулки 11 выполнены одинакового типоразмера, концевые участки которых выполнены в свою очередь в виде ниппеля 19 и муфты 20. Вращающийся кондуктор 21 узла бурения снабжен диафрагмой 22 с центральным отверстием 23 из эластичного материала, изолирующей внутреннюю зону перемещения шпинделя 24 (см. фиг.2 и 4) от попадания туда и засорения металлическими стружками и частицами выбуренной породы. Эластичная диафрагма 22 установлена в кольцевой выборке вращающегося кондуктора, удерживаемой гайкой 25 с возможностью синхронно вращаться вместе с буром и, следовательно, буровыми втулками, проходящими при работе через ее центральное отверстие, которое выполнено диаметром меньшим, чем диаметр буровых втулок для плотного обхвата их наружной поверхности.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Его опускают в скважину на каротажном кабеле 1 в интервал продуктивного пласта 26 (см. фиг.1) и с наземного пульта управления к его электродвигателю по кабелю подают питание, запуская тем самым его в работу. При этом вращение вала двигателя электропривода передается на приводной вал вращения и подачи бура узла бурения, одновременно происходит освобождение заякоривающих элементов 7 и 8 механизмов 5 и 6 фиксации устройства, которые, прижимаясь к стенке скважины, фиксируют устройство в неподвижном состоянии. Одновременно начинает работать насос узла промывки (узел промывки и насос не показаны). Шпиндель 24 узла бурения 3 (см. фиг.2), перемещаясь вращательно-поступательно входит в зацепление с муфтой 16 фрезы 17 и перемещает ее к стенке скважины до упора, начинается процесс сверления. При этом бур сверлением проходит сначала стенку трубы обсадной колонны и далее углубляется в породу пласта. После углубления бура на всю свою длину шпиндель возвращается в исходное положение, освобождая место для буровой втулки в кондукторе 13, которая подается туда под действием сжатой пружины 12 кассеты 10. Шпиндель, снова перемещаясь вращательно-поступательно, сначала ввинчивает ее в муфту 18 бура 16, и далее процесс углубления продолжается до тех пор, пока бур не углубится на длину одной втулки. Далее цикл повторяется. Процесс использования буровых втулок в организации буровой колонны в течение сверления продуктивного пласта отображается и архивируется через пульт управления на IBM PS. После выхода всех буровых втулок из кассеты оператор пульта управления включает реверс двигателя, при котором верхний фиксатор (фиксатор не изображен) возвращает заякоривающие элементы 7 в исходное положение, в результате чего срабатывает муфта 27 и вал двигателя начинает вращаться вхолостую. После отключения двигателя устройство готово к подъему. При подъеме, под усилием натяжения, заякоривающие элементы 8 нижнего механизма фиксации занимают положение, не препятствующее подъему устройства из скважины.

Для выполнения сверления следующего канала перед спуском устройства в скважину, освободившуюся кассету от втулок извлекают, а на ее место устанавливают другую, с заряженными буровыми втулками.

Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем.

Предлагаемое к защите патентом устройство обладает повышенной надежностью в работе, за счет исключения попадания во внутреннюю зону перемещения шпинделя отработанной металлической стружки и частиц выбуренной породы, более удачной компоновки механизмов фиксации устройства и выполнения режущей части фрезы оптимальной конструкции. Значительно упрощена конструкция изобретения по сравнению с устройствами аналогичного назначения, а следовательно, оно металлоемко и компактно. Предварительные промысловые испытания, проведенные на промыслах ОАО "ТАТНЕФТЬ", дали положительные результаты.

Источники информации

1. Патент РФ №2058477, 6 Е 21 В 43/44, БИ №11, 1996 г.

2. Патент РФ №2182961, 7 Е 21 В 43/11, БИ №15, 2002 г. (прототип).

Формула изобретения

1. Устройство для вторичного вскрытия продуктивного пласта сверлением, включающее трубчатый корпус с размещенным в нем узлом бурения для вращения и подачи бура к стенке скважины, бур, выполненный в виде полого стержня с фрезой на конце, узел промывки бура, механизмы фиксации корпуса к стенке ствола скважины, кассету с размещенными в ней буром и буровыми втулками для наращивания его и подвеску корпуса в виде каротажного кабеля, отличающееся тем, что узел бурения снабжен эластичной диафрагмой с центральным отверстием с диаметром меньшим, чем диаметр буровой втулки, синхронно вращающейся при работе с буром, проходящим через ее отверстие, предотвращающей засорение внутренней зоны перемещения шпинделя отработанной металлической стружкой и выбуренной породой, при этом механизмы фиксации корпуса установлены над и под узлом бурения в максимально возможной близости к нему и расположены относительно него симметрично, а кассета с размещенными в ней буром и буровыми втулками, поджатыми снизу пружиной, встроена в нижней части устройства и частично размещена в узле бурения с возможностью обеспечения соосности осей бура и шпинделя узла бурения, причем фреза бура выполнена в виде эллипса в сечении.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено блоком электроники, электрически связанным с системой контроля процесса сверления и регистрации результатов на компьютере.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3