Прокалывающий перфоратор для нефтяных и газовых скважин

 

Использование: в нефтяной и газовой промышленности, а конкретно в конструкциях механических перфораторов для вторичного вскрытия нефтяных и газовых скважин. Обеспечивает работу перфоратора на низких давлениях с обеспечением достаточных усилий для получения каналов большой глубины при отсутствии гидроударов. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с каналами для подвода рабочей жидкости. В корпусе помещен поршень. На поршне помещен поpодоразрушающий инструмент. Для подачи рабочей жидкости служит насос. Корпус и поршень выполнены в виде эквидистантных цилиндров, образованных направляющими в виде эллипсов или прямоугольников или синусоид или сочетанием этих направляющих. Поршень выполнен с возвратными пружинами. Корпус в подпоршневом пространстве выполнен со сквозными отверстиями. Они имеют меньшее сечение, чем сечение канала для подвода рабочей жидкости. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а конкретно - к конструкциям механических перфораторов, предназначенных для вторичного вскрытия нефтяных и газовых скважин.

Известны механические перфораторы для вторичного вскрытия нефтяных и газовых скважин в виде сверлящих, прокалывающих, фрезерующих, режущих и т.п. устройств [1] Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является известный прокалывающий перфоратор, содержащий корпус с каналами для подвода рабочей жидкости, поршень, помещенный в корпусе, породоразрушающий инструмент, расположенный на поршне, и насос для подачи рабочей жидкости [2] В указанном перфораторе в качестве энергоносителя использован насос, находящийся на поверхности и подающий рабочую жидкость по трубам НКТ, которая воздействует на усилительный поршень, а через него на рабочую жидкость, перемещающую рабочий поршень с инструментом.

Недостатком этого перфоратора является необходимость иметь большое давление для создания требующихся усилий на рабочем поршне. Так как необходимых давлений в 1000-1500 кг/см² насосы не создают, приходится ставить усилительный поршень со штоком, увеличивающим давление пропорционально отношению площадей поршня и штока. При этом возникают непреодолимые проблемы уплотнения движущихся частей от супердавлений. Кроме того, инструмент не обеспечивает достаточной глубины прокалывания породы. При подаче жидкости в перфоратор возникают гидроудары. После перфорации приходится извлекать перфоратор и делать промывку скважины, так как перфоратор не обеспечивает такую функцию.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков и создание перфоратора, работающего на низких давлениях, создающего при этом достаточные для перфорации усилия с получением каналов большой глубины при отсутствии гидроударов.

Это достигается тем, что в известном прокалывающем перфораторе для нефтяных и газовых скважин, содержащем корпус с каналами для подвода рабочей жидкости, поршень, помещенный в корпусе, породоразрушающий инструмент, расположенный на поршне, и насос для подачи рабочей жидкости, корпус и поршень выполнены в виде эквидистантных цилиндров, образованных направляющими в виде эллипсов или прямоугольников, или синусоид или сочетанием этих направляющих, при этом поршень выполнен с возвратными пружинами, а корпус в подпоршневом пространстве выполнен со сквозными отверстиями, имеющими меньшее сечение, чем сечение канала для подвода рабочей жидкости; перфоратор содержит дополнительные поршни, при этом основной и дополнительные поршни взаимосвязаны и имеют разную форму; породоразрушающий инструмент выполнен с отверстиями для прохода рабочей жидкости в зону перфорации и ее выхода из зоны перфорации.

Положительный эффект в предложенном устройстве достигается за счет того, что поршень, с расположенным на нем инструментом, выполнен с большой площадью в поперечном сечении, достаточной для создания необходимых для прокалывания усилий от давлений 50-100 кгс/см². В этом случае усиление давления не требуется, исчезают все проблемы, связанные с большим давлением. Выполнение отверстий в инструменте обеспечивает гидроразмыв пласта, что качественно увеличивает глубину перфорационного канала и площадь открытой части пласта, пропорционально увеличивающей отдачу пласта. Сложная удлиненная форма поршня необходима, во-первых, для обеспечения необходимой его площади, а вовторых, для обеспечения его изгибной прочности. Сквозное отверстие в корпусе, имеющее меньшее сечение, чем подводящие рабочую жидкость каналы, во-первых, обеспечивает достаточное количество жидкости при достаточном давлении для перемещения поршня с инструментом, а во-вторых, отсутствуют гидроудары и обеспечивается возможность промывки скважины как до перфорации, так и после нее без извлечения перфоратора из скважины.

Предложенный перфоратор показан на чертеже, где на фиг.1 изображен продольный разрез предложенного перфоратора; на фиг. 2 вид А перфоратора на фиг.1 (поршень и цилиндр эквидистантно эллипсны); на фиг. 3 вид Б на вариант перфоратора на фиг. 1 (поршень и цилиндр эквидистантно синусоидальны); на фиг. 4 вид В на вариант перфоратора на фиг.1 (несколько взаимосвязанных силовых поршней).

Прокалывающий перфоратор содержит корпус 1 с каналами для подвода рабочей жидкости; поршень 2 (основной), помещенный в корпусе 1; породоразрушающий инструмент 3, расположенный на поршне 2; насос 4 для подачи рабочей жидкости в НКТ; эквидистантные цилиндры 5; возвратные пружины 6 на поршне 2; канал 7 в корпусе 1 для подвода рабочей жидкости; сквозное отверстие 8 в корпусе 1, имеющее меньшее сечение, чем сечение канала 7; направляющие 9 для поршней 2 и установки пружины 6; дополнительные поршни 10, взаимосвязанные между собой и с основным поршнем 2; отверстия 11 в породоразрушающем инструменте 3 для прохода рабочей жидкости в зону перфорации и ее выхода из зоны перфорации; труба (НКТ) 12 для подвода рабочей жидкости от насоса 4 к корпусу 1.

Перфоратор работает следующим образом. Вначале его спускают в нефтяную или газовую скважину в интервал перфорации на НКТ 12, которую после установки перфоратора подсоединяют на поверхности к насосу 4. Затем насосом 4 жидкость подают под давлением в НКТ 12. Жидкость проходит по каналам 7 и воздействует на дно поршня 2 (или поршней 2 и 10). Поршень 2 совместно с инструментом 3 перемещается, и инструмент 3 внедряется в колонну, цементный слой и породу за колонной. Перемещаясь, поршень 2 сжимает пружины 6. После окончания прокалывания, когда инструмент 3 вошел в колонну скважины полностью, поршень 2 упирается в колонну, и его перемещение прекращается. Это фиксируется на поверхности возрастанием давления, так как отверстие 7 не успевает отводить всю поступающую жидкость. Часть жидкости идет под большим давлением через отверстие 11 и размывает породу пласта, увеличивая глубину и размеры перфорационного канала. После окончания гидроразмыва пласта (по запланированному времени работы) насос 4 на поверхности отключают. Пружины 6 возвращают поршень 2 совместно с инструментом 3 в исходное положение. Перфоратор можно перемещать на следующий интервал перфорации для прокола следующего отверстия. Через отверстие 7 можно осуществлять промывку скважины одновременно с перфорацией, а при небольшом давлении подаваемой жидкости как до перфорации, так и после нее. При низком давлении рабочей жидкости прокола не будет, а промывка будет осуществляться.

Перфоратор не только прост конструктивно, но и обеспечивает повышение нефтеотдачи пласта.

Формула изобретения

1. Прокалывающий перфоратор для нефтяных и газовых скважин, содержащий корпус с каналами для подвода рабочей жидкости, поршень, помещенный в корпусе, породоразрушающий инструмент, расположенный на поршне, и насос для подачи рабочей жидкости, отличающийся тем, что корпус и поршень выполнены в виде эквидистантных цилиндров, образованных направляющими в виде эллипсов, или прямоугольников, или синусоид, или сочетанием этих направляющих, при этом поршень выполнен с возвратными пружинами, а корпус в поршневом пространстве выполнен со сквозными отверстиями, имеющими меньшее сечение, чем сечение канала для подвода рабочей жидкости.

2. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что он содержит дополнительные поршни, при этом основной и дополнительные поршни взаимосвязаны и имеют разную форму.

3. Перфоратор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что породоразрушающий инструмент выполнен с отверстиями для прохода рабочей жидкости в зону перфорации и ее выхода из зоны перфорации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4