Комплекс устройств для перфорации скважин

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к области скважин. Технический результат - упрощение конструкции перфоратора, повышение его надежности и эффективности перфорации отверстий в обсадных трубах и в пласте. Комплекс устройств для перфорации скважин содержит секции перфоратора, соединенные между собой, обсадную трубу, опорные и направляющие элементы. Обсадная труба в стенке имеет горизонтальные конические отверстия, защитные кольца, соосные с горизонтальными отверстиями. На цилиндрических поверхностях корпусов секций перфоратора размещены сквозные пазы, состоящие из конической и продольной частей, при этом конические части соседних пазов образуют конический уступ. В корпусе имеются горизонтальные отверстия и вертикальное осевое отверстие, а на торцах корпусов соседних секций закреплено шарнирное соединение, состоящее из сферы и корпуса, собираемого из двух частей, охватывающих сферу. Горизонтальные отверстия корпусов секций перфоратора соединены с рукавом подачи сжатого воздуха посредством вертикального отверстия. 5 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, к области скважин.

Известен гидромеханический скважинный перфоратор (патент РФ 2230182, опубл. 10.06.2004 г.). Устройство содержит составной корпус, выдвижной режущий инструмент в виде накатного ролика, установленного в направляющих, механизм подачи режущего инструмента, циркуляционный клапан и гидромониторную насадку. В накатном ролике выполнены на режущей кромке радиальные канавки. Они расположены по окружности. Входная кромка канала гидромониторной насадки выполнена с кривизной, радиус которой равен толщине ее стенки.

Недостатком является малая надежность устройства в работе из-за выкрашивания зубьев фрезы, так как возникает сложность разрезания околотрубного пространства скважины, а переменный профиль режущей кромки снижает прочность режущего инструмента. Устройство содержит более шести резьбовых соединений, при этом создается давление более 100 атмосфер.

Известен перфоратор для нефтяной скважины и способ одновременного пробивания перфорационных отверстий в обсадной трубе нефтяной скважины и в области, окружающей нефтяную скважину (заявка на изобретение РФ №2003127074, опубл. 10.03.2005 г.). Перфоратор содержит линейный режущий заряд, инициирующее средство для детонации режущего заряда. Перфоратор также содержит, по меньшей мере, один кумулятивный заряд с инициирующим средством. Согласно способу одновременно пробивают перфорационные отверстия в обсадных трубах и в области, окружающей нефтяную скважину. Для этого помещают скважинный перфоратор по одному из вариантов устройства в нефтяную скважину в место, где необходимо пробить перфорационное отверстие, и инициируют детонацию перфоратора.

Недостатком данного устройства и способа является сложность его осуществления и конструкции перфоратора двойного действия: при детонации режущего заряда, вызванной первым детонатором, в металлической обсадной трубе прорезается перфорационное отверстие, затем следует короткая временная задержка для второго детонатора, который будет инициировать детонацию кумулятивного заряда для пробивания бетона и породы за перфорационным отверстием в обсадной трубе; причем кумулятивный заряд должен быть облицован материалом, эффективным для пробивания бетона; материал вкладыша кумулятивного заряда содержит богатый вольфрамом сплав. Сложность, как известно, снижает эффективность данного способа и усложняет конструкцию перфоратора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является гидроперфоратор (патент РФ 2038466, опубл. 27.06.1995 г.). Гидроперфоратор состоит из двух соединенных секций. Верхняя секция включает полый корпус, боковые стенки которого выполнены с насечками. Они выполнены в виде держателей. В них установлены твердосплавные вкладыши в форме основного и обратного конусов. На боковой поверхности основного конуса дополнительно выполнены винтовые канавки. По осевой вкладышей выполнены каналы. На некотором удалении от вкладышей внутри держателей помещены разрезные кольца. Фиксатор включает корпус с осевым каналом и сквозными каналами на четырех ярусах. В сквозные отверстия установлены подпружиненные штоки и пробки. В осевом канале снизу установлена заглушка. Сверху установлен подпружиненный глухой поршень. Образованная при этом камера заполнена маслом.

Недостатком данной конструкции является сложность конструкции, выражающаяся в применении двух потоков жидкости: поступательного и вращательно-поступательного. Вращательно-поступательный поток жидкости создает кольцевую полость (каверну) разряжения между двумя потоками, которая периодически схлопывается, при этом генерируются пульсации давления ультразвуковой частоты. Упругие колебания разрушаемой обсадной колонны усиливают ультразвуковое поле. Наличие большого количества резьбовых соединений, выдвижных элементов в виде штоков с уплотнительными кольцами снижает надежность гидроперфоратора.

Основной задачей, на решение которой направлен заявленный комплекс устройств для перфорации скважин, является упрощение конструкции устройств для перфорации скважин, повышение надежности и эффективности перфорации отверстий в обсадных трубах и в пласте.

Решение этой задачи достигается тем, что обсадная труба в стенке имеет горизонтальные конические отверстия, защитные кольца, соосные с горизонтальными отверстиями; в отверстиях колец размещены заглушки; опорные и направляющие элементы; на цилиндрических поверхностях корпусов секций перфоратора размещены сквозные пазы, состоящие из конической и продольной частей; конические части соседних пазов образуют конический уступ, кроме этого в корпусе имеются горизонтальные отверстия и вертикальное осевое отверстие, а на торцах корпусов соседних секций закреплено шарнирное соединение, состоящие из сферы и корпуса, собираемого из двух частей, охватывающих сферу. Горизонтальные отверстия корпуса секций перфоратора соединены с рукавом подачи сжатого воздуха посредством вертикального отверстия.

На фиг.1 показан продольный разрез скважины, на фиг.2 - разрез по А-А, показанный на фиг.1, на фиг.3 - секция перфоратора, на фиг.4 - секция перфоратора, направляющий элемент и конический уступ, на фиг.5 показаны секции перфоратора.

В скважине находится обсадная труба 1, в стенке которой выполнены конические отверстия 2, защищенные кольцами 3, закреплены опоры 4; между обсадной трубой 1 и пластом 10 находится слой бетона 9. Внутри обсадной трубы 1 размещается корпус 5 секции перфоратора, имеющий горизонтальные отверстия 6 и вертикальные осевые отверстия 7.

На верхнем торце корпуса секции перфоратора закреплено шарнирное соединение 8, состоящее из сферы 13, снабженной осевым вертикальным отверстием, имеющим коническую часть, и сопряженной со сферой. Корпус шарнирного соединения состоит из двух частей 12 и 11. На цилиндрической части секции 5 перфоратора имеются фигурные сквозные пазы, состоящие из продольного паза 15 и конического 16. В продольном пазу 15 размещается направляющий элемент 14. Перфоратор состоит из секций: опорной 21, промежуточной 22, конечной 23; к рым-болтам 24 конечной секции закрепляется несущий стальной трос 25, а с вертикальным осевым отверстием соединяется рукав металлический гибкий 26.

В обсадной трубе 1 вне скважины выполняются конические отверстия 2, которые защищаются кольцами 3, отверстия которых закрываются заглушкой. Внизу у конца обсадной трубы 1 в цилиндрических отверстиях закрепляются опоры 4, а также направляющие опоры 14. После этого обсадная труба опускается в скважину, обычным способом закрепляется слоем бетона 9, который отделяет обсадную трубу 1 от пласта 10.

Отдельно собирается перфоратор, состоящий из секций: опорной 21, промежуточной 22 и конечной 23. Шарнирное соединение 8 включает сферу 13, которая основанием крепится к нижней секции, а корпус шарнирного соединения, состоящего из двух частей 11 и 12, крепится к торцу верхней секции. При сборке шарнирного соединения эти части охватывают сферу 13. Шарнирное соединение обеспечивает не только подвижность секций перфоратора, но и соединение сквозных осевых отверстий собранных секций за счет конической части вертикального отверстия сферы.

Собранный перфоратор опускается в обсадную трубу 1. Направляющие элементы 14 при этом заходят сначала в конический паз 16, затем, скользя по стенке паза (вращая секцию), попадают в продольный паз 15. Количество горизонтальных отверстий корпуса секции перфоратора во всех направлениях и их размещение соответствует горизонтальным отверстиям обсадной трубы 1 так, что при окончательном базировании корпуса секций перфоратора в обсадной трубе оси горизонтальных отверстий совпадают.

Надежность базирования обеспечивается тем, что соседние конические пазы, стыкуясь, образуют конический уступ 27; самым неустойчивым положением при базировании секций является установка конического уступа на цилиндрическую поверхность направляющего элемента 14.

Такая конструкция гарантирует правильное базирование секций перфоратора в обсадной трубе (совпадение осей горизонтальных отверстий в корпусе секции и в обсадной трубе). При окончательном базировании опорная секция 21 устанавливается на опорные элементы 4. После установки и базирования корпусов секций перфоратора относительно отверстий в обсадной трубе 1 наступает момент пробивания горизонтальных отверстий в пласту 10.

По рукаву 26 подается под большим давлением воздух, который, выбив заглушку в пласте 10, образует горизонтальные отверстия; вместо сжатого воздуха от гидропривода может подаваться под давлением масло. Заявленная конструкция и способ дают следующие преимущества:

1. Наибольших потоков нефти и газа можно добиться получением большого отверстия в обсадной трубе, бетоне и одновременно глубокого перфорационного отверстия в содержащем углеводороды пласте. Данный способ перфорации обсадной трубы и пласта обеспечивает получение отверстий любого размера. При этом есть уверенность в получении отверстий в пласте. Кроме этого в процессе эксплуатации скважины возможна повторная очистка отверстий в пласте.

2. Заявленный комплекс устройств для перфорации скважин позволяет избежать перфорации обсадной трубы в скважине, что упрощает конструкцию перфоратора и позволяет добиться эффективной работы скважины путем повторной очистки отверстий в пласту.

Комплекс устройств для перфорации скважин, содержащий секции перфоратора, соединенные между собой, обсадную трубу, отличающийся тем, что обсадная труба в стенке имеет горизонтальные конические отверстия, защитные кольца, соосные с горизонтальными отверстиями, опорные и направляющие элементы, на цилиндрических поверхностях корпусов секций перфоратора размещены свободные пазы, состоящие из конической и продольной частей, конические части соседних пазов образуют конический уступ, кроме этого, в корпусе имеются горизонтальные отверстия и вертикальное осевое отверстие, а на торцах корпусов соседних секций закреплено шарнирное соединение, состоящее из сферы и корпуса, собираемого из двух частей, охватывающих сферу, горизонтальные отверстия корпусов секций перфоратора соединены с рукавом подачи сжатого воздуха посредством вертикального отверстия.