Устройство для перфорации скважины

 

Использование: при вторичном вскрытии продуктивных пластов и перестреле скважин после изоляционных работ. Обеспечивает ускоренное создание более глубоких и объемных перфорационных каналов за счет комбинирования сверлящей и струйной перфорации при особой организации основного и возвратного потоков воды или истинного раствора в перфорационных каналах. Сущность изобретения: устройство состоит из корпуса исполнительного органа. В радиальных отверстиях корпуса размещены с возможностью вращения и выдвижения подпружиненные режущие узлы с эксцентричными относительно их осей промывочными отверстиями и зубчатыми колесами. Они находятся в зацеплении с цилиндрическими и коническими редукторами, связаны с валом гидравлического забойного двигателя. Внутренняя полость корпуса исполнительного органа гидравлически сообщает промывочные каналы гидравлического забойного двигателя с промывочными отверстиями режущих узлов. Величина выдвижения каждого режущего узла из корпуса равна половине разности наружных диаметров последнего и перфорируемой обсадной колонны. Сверху к гидравлическому забойному двигателю крепится его гидравлический гаситель реактивного момента с выдвижными элементами, имеющими шероховатую торцевую поверхность. 2 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к техническим средствам вскрытия продуктивных пластов нефтяных, газовых и водозаборных скважин.

Известно устройство для перфорации скважины, включающее корпус с радиальными отверстиями и выдвижной режущий узел с промывочным отверстием.

Недостатком этого устройства является то, что для увеличения глубины перфорационного канала предусмотрено только выдвижение насадки, то есть приближение среза насадки к разрушаемой поверхности, а обратного механизма ее возврата в корпус нет, поэтому устройство позволяет создать только один перфорационный канал, причем с применением только высокообразивных /песчано-жидкостных/ или коллоидных /глинистых растворов/ технологических жидкостей, так как другими жидкостями невозможно проперфорировать обсадную колонну в технологически приемлемые сроки.

Известно также устройство для перфорации скважины, включающее корпус, забойный двигатель и исполнительный орган с выдвигающимся и вращающимся режущим узлом.

Недостатком этого устройства является то, что для увеличения размеров перфорационного канала используется также только принцип дополнительного выдвижения режущего инструмента, тем самым увеличивается вероятность его заклинки и прихвата.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для перфорации скважины снабжено гидравлическим забойным двигателем, связанным с исполнительным органом, который выполнен в виде конических и цилиндрических зубчатых передач вращения, гасителем реактивного момента гидравлического забойного двигателя, выполненным в виде гидравлического центратора с выдвижными элементами, имеющими шероховатую поверхность, и дополнительным режущим узлом, при этом все режущие узлы подпружинены, выполнены с торцевыми зубчатыми колесами, размещены на одном уровне, ориентированы в противоположные стороны и имеют промывочные отверстия, эксцентричные относительно их осей вращения, а режущий узел имеет величину выдвижения из корпуса, равную половине разности наружных диаметров корпуса и перфорируемой обсадной колонны.

Технический результат выражается в повышении эффективности перфорации, а именно скорости создания перфорационных каналов одновременно с увеличением их глубины и объемов выработки, предупреждении осложнений и повышении проницаемости стенок перфорационных каналов, повышении долговечности и надежности работы.

На фиг. 1 показано устройство в исходном положении в процессе его спуска в скважину на фиг. 2 изображено устройство в процессе работы.

Устройство для перфорации скважины состоит из полого корпуса 1, в нижней части которого выполнены на одном уровне сквозные диаметрально противоположные радиальные отверстия 2. В радиальные отверстия 2 установлены с возможностью выдвижения и вращения два режущих узла 3 /сверла, фрезы и др./ исполнительного органа с торцевой рабочей поверхностью, ориентированные в противоположные стороны и уплотненные кольцами 4. Режущие узлы 3 выполнены с промывочными отверстиями 5, эксцентричными осям вращения режущих узлов 3 на величину е. Со стороны входа промывочных отверстий 5 режущие узлы имеют зубчатые колеса 6, являющиеся торцевыми ограничителями для возвратных пружин 7 и находящиеся в зацеплении с исполнительным органом из расположенных выше и ниже шестеренок соответственно 8 и 9 на валах 10 и 11. Нижняя шестерня предназначена для центровки режущих узлов 3 с колесами 6 и предупреждения их перекосов и изгибов. Верхняя шестерня 8 входит в зацепление с зубчатым колесом 12, находящимся на одном валу 13 с коническим колесом 14, которое входит в зацепление с зубьями 15 промежуточного вала 16, передающим вращение от вала 17, выше расположенного, гидравлического забойного двигателя 18 /турбобура или винтового объемного двигателя/. Валы 10,13 и 11 установлены на подлинниках 19 в карманах 20 корпуса 1, которые с одной из сторон перекрыты крышками 21. Вал 16 установлен вертикально в корпусе 1 на радиальном 22 и радиально-упорном 23 подшипниках и имеет циркуляционные каналы 24. Выше гидравлического забойного двигателя 18 установлен гаситель его реактивного момента 25, выполненный в виде гидравлического центратора с подпружиненными пружинами 26 выдвижными элементами 27, имеющими шероховатую торцевую поверхность 28 /рифленную, зубчатую или др./. Для ограничения хода выдвижных элементов 27 и ограждения их от потока технологической жидкости концентрично в корпусе 25 гасителя реактивного момента установлена втулка 29. Выше к корпусу 25 гасителя реактивного момента гидравлического забойного двигателя 18 присоединен переходной переводник 30 для подсоединения к насосно-компрессорным трубам /НКТ/ 31.

Устройство для перфорации скважины работает следующим образом.

Устройство на НКТ 31 спускают в скважину до планируемого интервала перфорации. Обвязывают устье скважины и подключают насосные агрегаты. Начинают прокачку технической воды, если же есть необходимость в технологической жидкости большей плотности для создания противодавления на продуктивные пласты, закачивают солевой раствор или другой истинный раствор без грубодисперстных веществ и коллоидных частиц. В результате этого выдвижные элементы 27 выходят из корпуса 25 гасителя реактивного момента до соприкосновения со стенками обсадной колонны 32, при этом центрируют и фиксируют корпус 1 устройства в стволе скважины. Также из корпуса 1 под действием перепада давления в отверстиях 5 выдвигаются в противоположные стороны и режущие узлы 3. С повышением давления прокачки запускается гидравлический забойный двигатель 18, при этом вращение от его вала 17 передается через исполнительный орган в виде конических 16,15,14 и цилиндрических 12,8 зубчатых передач вращения к колесам 6 режущих узлов 3, которые начинают вращаться. Торцевыми рабочими поверхностями режущие узлы 3 выфрезеровывают отверстия в обсадной колонне 32, при этом происходит охлаждение режущих узлов 3 истекающей водой или солевым раствором. Величину выдвижения режущих узлов 3 расчитывают такой, чтобы обеспечить ими гарантированное сверление обсадной колонны 32, то есть величина выдвижения каждого режущего узла 3 должна быть равна или несколько больше половины разности наружных диаметров обсадной колонны 32 и корпуса 1 исполнительного органа устройства. Поскольку подача промывочной жидкости продолжается, дальнейшее создание перфорационных каналов 33 в цементном камне 34 и горной породе 35 осуществляют только струями жидкости. Так как промывочные отверстия 5 эксцентричны осям режущих узлов 3, которые также продолжают вращаться, то образуется кольцевая область разрушения породы, при этом возвратные потоки 36 воды выходят в противоположной стороне от основного потока 37 и поэтому не создают излишних сопротивлений, что позволит создать более объемные и глубокие перфорационные каналы 33 по сравнению с обычной точечной перфорацией. После выдержки периода времени, идущего на создание одновременно двух перфорационных каналов 33, циркуляцию останавливают, возвратные пружины 7 и 26 задвигают в исходное положение режущие узлы 3 и элементы 27. Устройство устанавливают на новую отметку, и процесс повторяют. По-окончании всего интервала перфорации устройство поднимают на поверхность.

Эффективность предлагаемого устройства заключается в том, что путем совмещения сверлящей перфорации и гидроперфорации можно исключить из технологической операции абразивные и малоабразивные жидкости, при этом не снизив эффективность создания перфорационных каналов /скорости образования канала и его глубины/ в горной породе за счет выгодной организации основного и отраженного потоков воды в образуемом канале и одновременно предупреждая кольматацию стенок перфорационных каналов по сравнению с коллоидными растворами. Комбинированное /сверлящее и струйное/ устройство для перфорации позволяет повысить долговечность и надежность работы, упростить конструкцию без систем герметизации и ограждения исполнительного органа устройства от технологической жидкости /воды/, а также исключить подклинку режущего узла в перфорационном канале из-за его малой, но достаточной величины выдвижения. Поскольку режущими узлами высверливаются отверстия только в обсадной колонне, а не в песчанике горной породы, повышается их ресурс выработки, поэтому можно одним и тем же устройством проперфорировать более мощные продуктивные пласты без проведения дополнительных спускоподъемных операций для замены устройства.

Формула изобретения

Устройство для перфорации скважины, включающее корпус, забойный двигатель и исполнительный орган с выдвигающимся и вращающимся режущим узлом, отличающееся тем, что оно снабжено гидравлическим забойным двигателем, связанным с исполнительным органом, который выполнен в виде конических и цилиндрических зубчатых передач вращения, гасителем реактивного момента гидравлического забойного двигателя, выполненным в виде гидравлического центратора с выдвижными элементами, имеющими шероховатую поверхность, и дополнительным режущим узлом, при этом все режущие узлы подпружинены, выполнены с торцевыми зубчатыми колесами, размещены на одном уровне, ориентированы в противоположные стороны и имеют промывочные отверстия, эксцентричные относительно их осей вращения, а режущий узел имеет величину выдвижения из корпуса, равную половине разности наружных диаметров корпуса и перфорируемой обсадной колонны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2