Способ глубокой перфорации обсаженных скважин и перфорационное устройство для его осуществления

Изобретение относится к области нефтедобычи. Обеспечивает повышение эффективности, надежности работы и эксплуатационной безопасности. Сущность изобретения по способу: спускают в скважину перфорационное устройство, содержащее корпус с направляющим каналом. Спускают гибкий вал и размещают его в направляющем канале. Соединяют гибкий вал с режущей головкой, находящейся в указанном канале. Сверлят каналы перфорации. Согласно изобретению перфорационное устройство снабжают кассетой, состоящей из ряда ячеек, заполненных режущими головками. Направляющий канал корпуса перфорационного устройства ориентируют в скважине соосно ячейке кассеты с режущей головкой. Сверление каналов перфорации производят путем пошаговой смены режущей головки. Устройство включает корпус с направляющим каналом, предназначенным для размещения полого гибкого вала с режущей головкой. Согласно изобретению устройство снабжено кассетой, состоящей из ряда ячеек, заполненных режущими головками. Корпус установлен с возможностью его периодического осевого принудительного перемещения с обеспечением при этом пошагового смещения криволинейного канала с полым гибким валом от ячейки к ячейке, заполненных режущими головками, и одновременно с обеспечением пошагового смещения фиксатора, которым снабжен блок перемещения и фиксации кассеты относительно корпуса. 2 н. и 16 з.п.ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области нефтедобывающей и горной промышленности, в частности к технологии и техническим средствам для ее осуществления, предназначенным для глубокой перфорации обсаженных скважин и вскрытия продуктивных горизонтов, преимущественно в породах высокой твердости, и могут найти применение при освоении и разработке скважин.

Известен способ глубокой перфорации стенок обсаженной скважины, заключающийся в том, что режущему инструменту, закрепленному на гибком валу, размещенном в криволинейной направляющей, сообщают вращение и осевую подачу, при этом направляющей также сообщают осевую подачу [1]. После достижения направляющей стенки скважины подача режущего инструмента продолжается за счет перемещения гибкого вала вдоль осевой линии за предел корпуса. При этом высверливается криволинейный канал.

Известный способ не позволяет получить радиальные перфорационные каналы, кроме того, глубина внедрения направляющей в пласт ограничена.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому способу является способ глубокой перфорации обсаженных скважин, согласно которому производят спуск в скважину на колонне насосно-компрессорных труб перфорационного устройства, содержащего корпус с криволинейным направляющим каналом, в котором размещен режущий инструмент в виде полого гибкого вала с жестко закрепленной режущей головкой на его конце, при этом гибкий вал закреплен вторым концом на шпинделе гидравлического забойного двигателя, подвешенного на грузонесущем кабеле, стопорение указанного устройства в стволе скважины в заданном интервале и сверление каналов перфорации режущим инструментом посредством сообщения ему вращения и осевого перемещения путем подачи рабочей жидкости на механизмы вращения гибкого вала и его осевого перемещения [2].

Реализация указанного известного способа обеспечивает условия для создания и поддержания депрессии на пласт при сверлении перфорационных каналов и соответственно поступления флюида в ствол скважины из пласта, поскольку в процессе сверления каналов осуществляется их промывка от высверливаемых частиц породы.

Однако указанный известный способ не позволяет сверлить за один спуск-подъем колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) более одного перфорационного канала большой глубины (до 2 м), т.к. происходит иступление режущих кромок режущего инструменты и последующее отверстие в металле обсадной колонны просверлить не представляется возможным. Кроме того, при данном способе вернуть гибким валом через просверленное отверстие режущую головку в исходное положение мало вероятно, что снижает надежность способа.

Также известно перфорационное устройство для глубокой перфорации обсаженных скважин, включающее трубчатый корпус, внутри которого размещены узлы вращения и осевого перемещения режущего инструмента, выполненного в виде полого стержня (вала), состоящего из втулок с режущей головкой на его конце, узел стопорения корпуса в скважине, состоящий из механизмов верхней и нижней фиксации, размещенный в корпусе кассетник с прорезями, выполненный в виде механизма мальтийских крестов, с размещенными в прорезях втулками для наращивания режущего инструмента им на длину одной втулки по мере сверления канала, и подвеску корпуса в виде каротажного кабеля [3].

Недостатком известного устройства является сложность конструкции ввиду наличия большого количества механизмов.

Вместе с этим указанное известное устройство недостаточно надежно в работе в условиях скважин из-за сложного механизма смены втулок режущего инструмента, требующего их свинчивания. При этом втулки имеют малое внутреннее сечение, и при оставлении их в скважине после сверления возникает вероятность снижения поступления флюида в скважину, что снижает эффективность обработки. Кроме того, не исключена опасность поломки режущей головки (фрезы) режущего инструмента при выходе его из колонны из-за упругой деформации корпуса известного устройства и отклонения его от оси скважины из-за усилия, развиваемого узлом осевого перемещения, вследствие значительного расстояния точек фиксации устройства в скважине относительно режущего инструмента.

Работа узлов вращения и осевого перемещения в известном устройстве осуществляется от электродвигателя, получающего питание через грузонесущий кабель, сечение которого ограничено, что не позволяет увеличить мощность двигателя и соответственно не позволяет увеличить диаметр перфорационного канала и производительность перфорации.

Также известно устройство для вторичного вскрытия продуктивного пласта сверлением, включающее трубчатый корпус с размещенными в нем узлами вращения и осевого перемещения режущего инструмента (бура), выполненного в виде полого стержня (вала) с режущей головкой (фрезой) на конце, узел промывки режущего инструмента, узел прижатия корпуса к стенке скважины, размещенный в нижней части корпуса подпружиненный кассетник, в верхней части которого размещен режущий инструмент, а ниже - последовательно друг за другом установлены с возможностью выталкивания буровые втулки для наращивания бурового инструмента [4].

Однако указанное известное устройство имеет те же недостатки, что и предыдущий аналог. Кроме того, как и в предыдущем аналоге, между кондуктором, направляющим режущий инструмента, и стенкой обсадной колонны имеется зазор, который в данной известной конструкции необходим, но это, однако, снижает надежность работы инструмента и сохраняет высокую вероятность его поломки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является перфорационное устройство для глубокой перфорации обсаженных скважин, включающее корпус, жестко соединенный в скважине с насосно-компрессорными трубами, с криволинейным направляющим каналом, в котором размещен режущий инструмент в виде полого гибкого вала с режущей головкой на его конце, соединенный с приводом вращения и с приводом осевого перемещения, и механизм стопорения устройства в скважине, при этом привод вращения режущего инструмента выполнен в виде гидравлического забойного двигателя, шток которого выполнен с возможностью передачи указанному инструменту крутящего момента, а привод осевого перемещения режущего инструмента выполнен в виде поршня, закрепленного на наружной поверхности корпуса гидравлического забойного двигателя [5]. Кроме того, в верхней части корпуса гидравлического двигателя у известного устройства размещены дополнительно узел восприятия реактивного момента от вращения гибкого вала и связанный с ним блок контроля конечных положений режущей головки.

Недостатком указанного известного устройства является то, что опускаемый в скважину гибкий вал жестко соединен с режущей головкой, и смену этой головки можно производить только после подъема на поверхность гибкого вала.

Кроме того, при диаметре режущей головки более диаметра гибкого вала (что необходимо для успешного сверления) диаметр криволинейного направляющего канала корпуса увеличивается, чтобы через него могла пройти такая режущая головка. Но чрезмерное увеличение диаметра этого канала отрицательно влияет на работу гибкого вала, т.е. снижается надежность работы устройства, а кроме того, уменьшается глубина перфорации, т.е. снижается эффективность.

Единый технический результат, достигаемый при осуществлении заявленной группы изобретений, заключается в повышении эффективности, надежности работы и эксплуатационной безопасности за счет обеспечения спуска гибкого вала в скважину без режущей головки и обеспечения смены режущих головок при перфорации без подъема гибкого вала на поверхность, при одновременном расширении диапазона параметров перфорационных каналов с сохранением эффекта декольматации их.

Для получения указанного единого технического результата в предлагаемом способе глубокой перфорации обсаженных скважин, включающем спуск в скважину на колонне насосно-компрессорных труб перфорационного устройства, содержащего корпус с криволинейным направляющим каналом, предназначенным для размещения режущего инструмента в виде полого гибкого вала с режущей головкой на его конце, стопорение указанного устройства в стволе скважины в заданном интервале, спуск в полость колонны насосно-компрессорных труб гибкого вала и размещение его в криволинейном направляющем канале корпуса, соединение гибкого вала с режущей головкой, находящейся в указанном канале, с образованием режущего инструмента, и сверление каналов перфорации режущим инструментом посредством сообщения ему вращения и осевого перемещения, новым является то, что перфорационное устройство, спускаемое в скважину, дополнительно снабжают кассетой, состоящей из ряда ячеек, заполненных режущими головками, и из ряда углублений для фиксации кассеты на корпусе, которую размещают на поверхности корпуса с возможностью перемещения относительно него, при этом криволинейный направляющий канал корпуса перфорационного устройства ориентируют в скважине соосно ячейке кассеты с режущей головкой, а сверление каналов перфорации производят путем пошаговой смены режущей головки у режущего инструмента после окончания сверлении каждого канала перфорации, при этом смену режущей головки у режущего инструмента осуществляют после окончания сверления каждого перфорационного канала путем периодического осевого принудительного перемещения корпуса перфорационного устройства с обеспечением при этом пошагового смещения криволинейного канала корпуса от ячейки к ячейке кассеты, заполненных режущими головками.

В предлагаемом способе периодическое осевое принудительное перемещение корпуса перфорационного устройства производят путем приподнимания-спуска колонны насосно-компрессорных труб, с которыми жестко соединен корпус устройства на величину не менее расстояния между соседними ячейками кассеты.

Для достижения единого технического результата для заявляемой группы изобретений предлагается перфорационное устройство для глубокой перфорации обсаженных скважин, включающее корпус, жестко соединенный в скважине с насосно-компрессорными трубами, с криволинейным направляющим каналом, предназначенным для размещения режущего инструмента в виде полого гибкого вала с режущей головкой на его конце, соединенного с приводом вращения и с приводом осевого перемещения, и механизм стопорения устройства в скважине, при этом новым является то, что устройство дополнительно снабжено размещенной на поверхности корпуса с возможностью перемещения относительно него кассетой, состоящей из ряда ячеек, заполненных режущими головками, и из ряда углублений для фиксации кассеты на корпусе, блоком перемещения и фиксации кассеты относительно корпуса, размещенным в корпусе и выполненным с возможностью взаимодействия с углублениями кассеты и с механизмом стопорения устройства в скважине, при этом криволинейный канал корпуса с полым гибким валом размещен соосно ячейке, заполненной режущей головкой, причем корпус установлен с возможностью его периодического осевого принудительного перемещения с обеспечением при этом пошагового смещения криволинейного канала с полым гибким валом от ячейки к ячейке, заполненных режущими головками, и одновременно с обеспечением пошагового смещения фиксатора, которым снабжен блок перемещения и фиксации кассеты относительно корпуса, от одного углубления кассеты к другому углублению.

В предпочтительных вариантах выполнения предлагаемого перфорационного устройства:

- кассета выполнена в виде продольной планки с рядом отдельных ячеек и углублений, размещенных также продольно;

- на части кассеты, обращенной к устью скважины, выполнен ряд ячеек, заполненных режущими головками, а на части кассеты, обращенной к забою скважины, выполнен ряд углублений;

- на наружной поверхности кассеты выполнены канавки для отвода стружки при сверлении перфорационного канала;

- блок перемещения и фиксации кассеты относительно корпуса выполнен в виде подпружиненного фиксатора, элемента, выполненного с возможностью перемещения, и соединенной с ним подпружиненной собачки, при этом подпружиненный фиксатор выполнен с возможностью взаимодействия с углублениями кассеты, указанный элемент - с возможностью взаимодействия с фиксатором и механизмом стопорения, а подпружиненная собачка выполнена с возможностью взаимодействия с углублениями кассеты и с указанным элементом;

- элемент, выполненный с возможностью перемещения, блока перемещения и фиксации кассеты, выполнен в виде ползуна;

- верхний конец ползуна снабжен кулачком, взаимодействующим с фиксатором;

- на торце фиксирующей части фиксатора, которая взаимодействует с углублением кассеты, выполнен скос, обращенный к устью скважины;

- собачка блока перемещения и фиксации кассеты снабжена зацепным механизмом, контактирующим с углублениями кассеты и обеспечивающим стопорение собачки в исходном положении ползуна;

- кассета и блок перемещения и фиксации кассеты снабжены срезными штифтами;

- оно снабжено центратором для гибкого вала, выполненным в виде плоских пружин, изогнутых к центру устройства;

- гибкий вал снабжен конусным наконечником с прорезью на торце, а режущая головка снабжена конусным отверстием с перемычкой, взаимодействующей с прорезью наконечника;

- привод вращения режущего инструмента выполнен в виде гидравлического забойного двигателя, шток которого выполнен с возможностью передачи указанному инструменту крутящего момента;

- привод осевого перемещения режущего инструмента выполнен в виде поршня, закрепленного на наружной поверхности корпуса гидравлического забойного двигателя и герметично расположенного в цилиндре, а также в виде демпфирующего устройства, закрепленного на шпинделе указанного забойного двигателя;

- устройство снабжено блоком контроля вращения и осевого перемещения режущего инструмента, закрепленным на верхнем торце гидравлического забойного двигателя и соединенным с устьем скважины посредством грузонесущего электрического кабеля;

- устройство дополнительно содержит узел восприятия реактивного момента, выполненный в виде закрепленной на корпусе устройства трубы со скошенным концом и пазом и шпонки, расположенной на наружной поверхности привода вращения режущего инструмента.

Достижение поставленного технического результата обеспечивается за счет следующего.

Благодаря тому что предлагаемое устройство дополнительно снабжено размещенной на наружной поверхности корпуса с возможностью перемещения относительно него кассетой, состоящей из ряда ячеек, заполненных режущими головками, и из ряда углублений для фиксации кассеты на корпусе, появилась возможность производить замену режущих головок без подъема гибкого вала на поверхность.

Наличие в устройстве дополнительного блока перемещения и фиксации кассеты относительно корпуса, размещенного в корпусе и выполненного с возможностью взаимодействия с углублениями кассеты и с механизмом стопорения устройства в скважине, обеспечивает наряду с его указанными функциями еще и процесс пошаговой смены режущих головок у гибкого вала при осевом перемещении корпуса.

Благодаря тому что корпус в предлагаемом устройстве установлен с возможностью его периодического осевого принудительного перемещения (вверх - вниз при поднимании - спуске насосно-компрессорных труб), а также благодаря особой компоновке связанных с ним узлов и деталей и обеспечивается смена режущих головок при сверлении каждого перфорационного канала за счет пошагового смещения криволинейного канала с полым гибким валом от ячейки к ячейке кассеты, заполненных режущими головками.

Благодаря тому что блок перемещения и фиксации кассеты выполнен с возможностью периодического взаимодействия с механизмом стопорения устройства в скважине, обеспечивается надежное позицирование криволинейного направляющего канала относительно ячейки с режущей головкой, т.к. кассету относительно корпуса перемещают под воздействием веса колонны НКТ.

В настоящей заявке на выдачу патента соблюдено требование единства изобретения, т.к. способ и перфорационное устройство предназначены для решения одной и той же технической проблемы с получением единого технического результата.

При реализации предлагаемого способа в промысловых условиях осуществляют следующие операции в нижеуказанной последовательности:

- производят спуск в скважину на колонне НКТ перфорационного устройства, содержащего корпус с криволинейным направляющим каналом, предназначенным для размещения режущего инструмента в виде полого гибкого вала с режущей головкой на его конце,

- производят стопорение указанного устройства в стволе скважины в заданном интервале,

- осуществляют спуск в полость колонны НКТ гибкого вала и размещение его в криволинейном направляющем канале корпуса,

- соединяют гибкий вал с режущей головкой, находящейся в указанном канале, с образованием режущего инструмента,

- при этом перфорационное устройство, спускаемое в скважину, дополнительно снабжают кассетой, которую размещают на наружной поверхности корпуса в выполненном пазе с возможностью перемещения относительно него,

- и выполняют составленным из ряда заполненных режущими головками ячеек и ряда углублений для фиксации кассеты на корпусе,

- при этом криволинейный направляющий канал корпуса перфорационного устройства ориентируют в скважине соосно ячейке кассеты с режущей головкой,

- далее осуществляют сверление каналов перфорации режущим инструментом посредством сообщения ему вращения и осевого перемещения за счет находящегося выше устройства гидравлического забойного двигателя или другого привода,

- последующее сверление каналов перфорации производят путем пошаговой смены режущей головки у режущего инструмента после окончания сверлении каждого канала перфорации,

- при этом смену режущей головки у режущего инструмента осуществляют после окончания сверления каждого перфорационного канала путем периодического осевого принудительного перемещения корпуса перфорационного устройства, а именно путем осуществления приподнимания колонны насосно-компрессорных труб, с которыми жестко соединен корпус устройства, на величину не менее расстояния между соседними ячейками кассеты, с последующим ее спуском и стопорением устройства,

- с обеспечением при этом пошагового смещения криволинейного канала корпуса от ячейки к ячейке кассеты, заполненных режущими головками.

Предлагаемый способ целесообразно реализовать заявляемым устройством, конструкция которого иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства, продольный разрез в рабочем положении, при корпусе, установленном в скважине; на фиг.2 - блок перемещения и фиксации; на фиг.3 показана ячейка кассеты с режущей головкой на гибком валу.

Предлагаемое перфорационное устройство для глубокой перфорации обсаженных скважин состоит из корпуса 1 с криволинейным направляющим каналом 2, в котором размещен режущий инструмент в виде полого гибкого вала 3 с конусным наконечником 4, на котором выполнена прорезь для передачи крутящего момента от гибкого вала 3 на режущую головку 5, в которой в свою очередь выполнено конусное отверстие с перемычкой в виде штыря, взаимодействующего с прорезью наконечника 4.

Режущая головка 5 расположена в кассете 6, выполненной подвижной относительно корпуса 1 по пазу 7 (паз 7 выполнен на наружной поверхности корпуса 1) в виде продольной планки со сквозными ячейками 8 для размещения в них режущих головок 5, и с углублениями 9 для фиксации кассеты 6 относительно корпуса 1. Ячейки 8 также являются кондукторами для направления режущих инструментов при сверлении. Для фиксации режущих головок 5 в ячейках 8 предусмотрены пружинные кольца 10, расположенные в кольцевых канавках, выполненных на наружной поверхности режущей головки 5 и на внутренней поверхности ячейки 8. На наружной поверхности кассеты 6 выполнены радиальные канавки 11 для отвода стружки при сверлении канала перфорации.

Возможны и другие конструктивные решения кассеты 6, расположенной на наружной поверхности корпуса 1, например, в виде полукольца с ячейками для режущих головок, а также другие способы фиксации режущих головок в ячейках, например, с помощью выдвижных штырей или шариковых фиксаторов.

Для фиксации кассеты 6 относительно корпуса 1 предусмотрен блок перемещения и фиксации кассеты, выполненный, например, в виде подпружиненного фиксатора 12, элемента, выполненного с возможностью перемещения (ползуна), 13 и соединенной с ним подпружиненной собачки 14, при этом подпружиненный фиксатор 12 выполнен с возможностью взаимодействия с углублениями 9 кассеты 6, ползун 13 - с возможностью взаимодействия с фиксатором 12 и с механизмом стопорения, а подпружиненная собачка 14 выполнена с возможностью периодического взаимодействия ее с углублениями 9 кассеты 6 и с ползуном 13.

На верхнем конце ползуна 13 расположен кулачок 15, предназначенный для вывода фиксатора 12 из углубления 9 при перемещении корпуса 1 вверх при неподвижном ползуне 13, то есть при перемещении относительно друг друга корпуса 1 и ползуна 13. Этому способствует пружина 16, опирающаяся одним концом на штырь 17, соединенный с корпусом 1, а вторым концом в нижнюю часть ползуна 13, а также вес ползуна 13, и механизма стопорения, состоящего из конуса 18 и стопора 19.

Для предотвращения самовольного перемещения ползуна 13 и кассеты 6 относительно корпуса 1 при спуске колонны НКТ в скважину предусмотрены срезные штифты 20 и 21, жестко соединяющие ползун 13 и кассету 6 с корпусом 1.

Для предотвращения самопроизвольного перемещения кассеты 6 вниз при подъеме (приподнимании) корпуса 1 торец фиксирующей части фиксатора 12 выполнен скошенным по ходу движения кассеты 6, причем кулачок 15 обеспечивает неполный выход фиксатора 12 из углубления 9, т.е. его заостренная часть скоса остается в углублении 9, препятствуя самопроизвольному перемещению кассеты 6 вниз. Для предотвращения самопроизвольного перемещения кассеты 6 вверх при переустановке устройства с одного перфорационного канала на другой предусмотрен упор 22, взаимодействующий с торцем собачки 14 в исходном положении ползуна 13.

В корпусе 1 выполнена цилиндрическая полость, в которой герметично установлен подпружиненный прижим 23 (узел прижатия корпуса к стенке скважины), поджимающий во время работы устройство к перфорируемой стенке скважины.

Указанная полость с узлом прижатия 23 соединена каналом 24 с полостью НКТ 25, на которых закреплен корпус 1 устройства. Полый гибкий вал 3 соединен со шпинделем гидравлического двигателя 26, выполняющего функцию привода вращения режущего инструмента с помощью штанги 27 и демпфера, состоящего из гидроцилиндра 28, посаженного на шпиндель двигателя 26, поршня 29 и штока 30, выполненного с возможностью исключения его поворота относительно гидроцилиндра 28, например, квадратного сечения. Двигатель 26 подвешен на грузонесущем кабеле 31 и расположен герметично в цилиндре 32. Верхняя часть двигателя 26 снабжена шпонкой 33 для восприятия крутящего момента. Верхняя часть цилиндра 32 имеет скос и шпоночный паз для шпонки 33, а сам цилиндр 32 герметично соединен с корпусом 1. Для герметичного расположения двигателя 26 в цилиндре 32 часть корпуса двигателя 26 выполнена в виде поршня, обеспечивающего функцию привода осевого перемещения режущего инструмента.

Для надежного попадания гибкого вала в цилиндр 32 и далее в направляющий канал 2 в верхней части устройства установлен центратор в виде плоских пружин, изогнутых к центру устройства.

Ротор двигателя 26 снабжен датчиком вращения, а корпус двигателя 26 и цилиндр 32 - датчиками осевого перемещения двигателя, а также датчиками начала и конца перфорации.

Для подъема и опускания гибкого вала 3 с двигателем 26, а также для подачи режущего инструмента при перфорации применен каротажный подъемник.

Конструкция устройства может быть применена также и для привода, расположенного на дневной поверхности скважины и передающего вращение и осевое перемещение гибкому валу через жесткую штангу.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Устройство с заполненной режущими головками 5 кассетой 6, зафиксированной на корпусе 1 срезным штырем 21, с выдвинутым и зафиксированным срезным штырем 20 ползуном 13, опускают на колонне НКТ 25 в скважину. На заданной глубине устройство ставят на механизм стопорения, при этом конус 18, войдя в стопор 19, останавливается. Соответственно останавливается ползун 13 и кассета 6, а корпус 1 устройства, продолжая некоторое время движение под действием веса колонны НКТ 25, срезает срезные штыри 20 и 21 и, сжимая пружину 16 штырем 17, перемещается пазом 7 относительно кассеты 6, удерживаемой собачкой 14 на месте, на один шаг и в конце хода упирается в верхний конец ползуна 13 и также останавливается. Подпружиненный фиксатор 12 блока перемещения и фиксации входит в углубление 9 кассеты 6, при этом ось первой ячейки 8 кассеты 6, заполненная режущей головкой 5, совмещается с осью криволинейного направляющего канала 2 корпуса 1.

На грузонесущем кабеле 31 опускают гидравлический двигатель 26 вместе с гибким валом 3, снабженным конусным наконечником 4, при этом полый гибкий вал 3 и двигатель 26 благодаря центратору, состоящему из изогнутых к центру плоских пружин, попадают в цилиндр 32, благодаря скошенному концу цилиндра 32 шпонка 33 попадает в шпоночный паз на цилиндре 32, а полый гибкий вал 3 из цилиндра 32 попадает в криволинейный канал 2 корпуса 1 и, двигаясь по нему конусным наконечником 4, входит в заполненную ячейку 8 в конус режущей головки 5, соединяясь прорезью с перемычкой в виде штыря на головке 5.

В полость колонны труб 25 подают давление, двигатель 26 получает вращение, а рабочая жидкость по каналу 24 попадает в полость узла прижатия 23 и, перемещая этот прижим 23, прижимает корпус 1 с кассетой 6 к стенке скважины. При этом для предотвращения резкого давления на режущий инструмент вначале осевое усилие воспринимает гидроцилиндр 28 и поршень 29 демпфера, а учитывая, что гидроцилиндр 28 имеет меньший диаметр, чем цилиндр 32, и на поршень 29 действует давление отработанной жидкости, то есть меньшего давления, чем на цилиндр 32, то первоначальное осевое давление на режущую головку 5 будет небольшим, что предохраняет ее от поломки.

Вращение шпинделя двигателя передается через гидроцилиндр 28, шток 30, штангу 27, полый гибкий вал 3 с конусным наконечником 4 на режущую головку 5. При этом по грузонесущему кабелю 31 передается на поверхность сигнал от датчика вращения, установленного на роторе двигателя 26. Датчик продольного перемещения фиксирует начальное положение и также дает сигнал на поверхность. После этого начинают опускать двигатель 26 вместе с грузонесущим кабелем 31, обеспечивая при этом осевую подачу режущей головки 5. При этом пружинное кольцо 10 разжимается и уходит в канавку, а режущая головка 5, выходя из ячейки 8 кассеты 6, как по кондукторной втулке врезается в стенку обсадной трубы скважины и производит перфорацию. В конце хода датчик дает сигнал и грузонесущим кабелем 31 двигатель 26 с полым гибким валом 3 и наконечником 4 возвращают в исходное положение.

Режущая головка 5 остается в конце перфорационного канала скважины. Для перенастройки на перфорацию следующего перфорационного канала устройство вместе с корпусом 1 на колонне труб 25 принудительно приподнимают вверх. Ползун 13, который выполнен подвижным относительно корпуса 1, некоторое время под действием пружины 16 и собственного веса остается на месте, т.е. происходит его относительное перемещение относительно корпуса 1 и кассеты 6, при этом собачка 14 попадает в новое (ниже расположенное) углубление 9, ползун 13 кулачком 15 выводит фиксатор 12 из углубления 9 кассеты 6. При этом фиксатор 12 из углубления 9 выводится не полностью, а лишь до скоса на его фиксирующей части, тем самым предотвращая самопроизвольное перемещение кассеты 6 вниз. В нижнем исходном положении ползуна 13 упор 22 на корпусе 1 запирает собачку 14 в углублении 9 для фиксации кассеты 6 и тем самым ограничивает ее самопроизвольное перемещение при переустановке устройства для сверления нового перфорационного канала.

При опускании корпуса 1 вниз конус 18 входит в стопор 19 и останавливается вместе с ползуном 13 и собачкой 14, а при дальнейшем опускании корпуса 1 происходит пошаговое перемещение кассеты 6 относительно корпуса 1 до совмещения новой заполненной ячейки 8 с осью криволинейного направляющего канала 2. Фиксатор 12 входит в нижележащее углубление 9 для фиксации кассеты 6, и процесс перфорации повторяется.

Таким образом при использовании предлагаемого способа и устройства в промысловых условиях обеспечивается разбуривание в пласте требуемого количества перфорационных каналов без дополнительного подъема режущего инструмента, что повышает эффективность процесса перфорации и надежность работы устройства. Поскольку спуск гибкого вала в скважину производится в предлагаемом устройстве без режущей головки, обеспечивается эксплуатационная надежность устройства. Все это повышает качество проведения перфорационных работ, снижает их трудоемкость.

Источники информации

1. Авт. свид. СССР №1776771, кл. Е 21 В 43/11 от 1992 г.

2. Патент РФ №2190089, кл. Е 21 В 43/11 от 2001 г.

3. Патент РФ №2182961, кл. Е 21 В 43/11 от 1999 г.

4. Патент РФ №2232873, кл. Е 21 В 43/11 от 2003 г.

5. Свидетельство РФ №19086, кл. Е 21 В 43/11 от 2001 г.

1. Способ глубокой перфорации обсаженных скважин, включающий спуск в скважину на колонне насосно-компрессорных труб перфорационного устройства, содержащего корпус с криволинейным направляющим каналом, предназначенным для размещения режущего инструмента в виде полого гибкого вала с режущей головкой на его конце, стопорение указанного устройства в стволе скважины в заданном интервале, спуск в полость колонны насосно-компрессорных труб гибкого вала и размещение его в криволинейном направляющем канале корпуса, соединение гибкого вала с режущей головкой, находящейся в указанном канале, с образованием режущего инструмента, и сверление каналов перфорации режущим инструментом посредством сообщения ему вращения и осевого перемещения, отличающийся тем, что перфорационное устройство, спускаемое в скважину, дополнительно снабжают кассетой, состоящей из ряда ячеек, заполненных режущими головками, и из ряда углублений для фиксации кассеты на корпусе, которую размещают на поверхности корпуса с возможностью перемещения относительно него, при этом криволинейный направляющий канал корпуса перфорационного устройства ориентируют в скважине соосно с ячейкой кассеты с режущей головкой, а сверление каналов перфорации производят путем пошаговой смены режущей головки у режущего инструмента после окончания сверления каждого канала перфорации, при этом смену режущей головки у режущего инструмента осуществляют после окончания сверления каждого перфорационного канала путем периодического осевого принудительного перемещения корпуса перфорационного устройства с обеспечением при этом пошагового смещения криволинейного канала корпуса от ячейки к ячейке кассеты, заполненных режущими головками.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что периодическое осевое принудительное перемещение корпуса перфорационного устройства производят путем приподнимания-спуска колонны насосно-компрессорных труб, с которыми жестко соединен корпус устройства, на величину не менее расстояния между соседними ячейками кассеты.

3. Перфорационное устройство для глубокой перфорации обсаженных скважин, включающее корпус, жестко соединенный в скважине с насосно-компрессорными трубами, с криволинейным направляющим каналом, предназначенным для размещения режущего инструмента в виде полого гибкого вала с режущей головкой на его конце, соединенного с приводом вращения и с приводом осевого перемещения, и механизм стопорения устройства в скважине, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено размещенной на поверхности корпуса с возможностью перемещения относительно него кассетой, состоящей из ряда ячеек, заполненных режущими головками, и из ряда углублений для фиксации кассеты на корпусе, блоком перемещения и фиксации кассеты относительно корпуса, размещенным в корпусе и выполненным с возможностью взаимодействия с углублениями кассеты и с механизмом стопорения устройства в скважине, при этом криволинейный канал корпуса с полым гибким валом размещен соосно с ячейкой, заполненной режущей головкой, причем корпус установлен с возможностью его периодического осевого принудительного перемещения с обеспечением при этом пошагового смещения криволинейного канала с полым гибким валом от ячейки к ячейке, заполненных режущими головками, и одновременно с обеспечением пошагового смещения фиксатора, которым снабжен блок перемещения и фиксации кассеты относительно корпуса, от одного углубления кассеты к другому углублению.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что кассета выполнена в виде продольной планки с рядом отдельных ячеек и углублений, размещенных также продольно.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что на части кассеты, обращенной к устью скважины, выполнен ряд ячеек, заполненных режущими головками, а на части кассеты, обращенной к забою скважины, выполнен ряд углублений.

6. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что на наружной поверхности кассеты выполнены канавки для отвода стружки при сверлении перфорационного канала.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что блок перемещения и фиксации кассеты относительно корпуса выполнен в виде подпружиненного фиксатора, элемента, выполненного с возможностью перемещения, и соединенной с ним подпружиненной собачки, при этом подпружиненный фиксатор выполнен с возможностью взаимодействия с углублениями кассеты, подвижный элемент - с возможностью взаимодействия с фиксатором и механизмом стопорения, а подпружиненная собачка выполнена с возможностью взаимодействия с углублениями кассеты и с подвижным элементом.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что элемент, выполненный с возможностью перемещения, блока перемещения и фиксации кассеты выполнен в виде ползуна.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что верхний конец ползуна снабжен кулачком, взаимодействующим с фиксатором.

10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что на торце фиксирующей части фиксатора, которая взаимодействует с углублением кассеты, выполнен скос, обращенный к устью скважины.

11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что собачка блока перемещения и фиксации кассеты снабжена зацепным механизмом, контактирующим с углублениями кассеты и обеспечивающим стопорение собачки в исходном положении ползуна.

12. Устройство по п.3, отличающееся тем, что кассета и блок перемещения и фиксации кассеты снабжены срезными штифтами.

13. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено центратором для гибкого вала, выполненным в виде плоских пружин, изогнутых к центру устройства.

14. Устройство по п.3, отличающееся тем, что гибкий вал снабжен конусным наконечником с прорезью на торце, а режущая головка снабжена конусным отверстием с перемычкой, взаимодействующей с прорезью наконечника.

15. Устройство по п.3, отличающееся тем, что привод вращения режущего инструмента выполнен в виде гидравлического забойного двигателя, шток которого выполнен с возможностью передачи указанному инструменту крутящего момента.

16. Устройство по п.3, отличающееся тем, что привод осевого перемещения режущего инструмента выполнен в виде поршня, закрепленного на наружной поверхности корпуса гидравлического забойного двигателя и герметично расположенного в цилиндре, а также в виде демпфирующего устройства, закрепленного на шпинделе указанного забойного двигателя.

17. Устройство по п.3 или 15, отличающееся тем, что оно снабжено блоком контроля вращения и осевого перемещения режущего инструмента, закрепленным на верхнем торце гидравлического забойного двигателя и соединенным с устьем скважины посредством грузонесущего электрического кабеля.

18. Устройство по п.3, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит узел восприятия реактивного момента, выполненный в виде закрепленной на корпусе устройства трубы со скошенным концом и пазом и шпонки, расположенной на наружной поверхности привода вращения режущего инструмента.