Устройство для прокалывания трубы нефтяной или газовой скважины

 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для перфорации трубы нефтяной или газовой скважины. Обеспечивает отсутствие задиров поршня о стенки цилиндра, удовлетворительный выход инструмента из перфорационного канала, полный возврат поршня и инструмента в исходное положение. Сущность изобретения: устройство содержит поршень с уплотнениями и прокалывающим инструментом. Он расположен в рабочей камере прокалывающего перфоратора. Кромки поршня выполнены радиусными. К уплотнениям изнутри поршня выполнены каналы для подвода скважинной жидкости. В каналах установлены поршеньки и ограничители их выхода из каналов. Они имеют проходные отверстия. Наружная поверхность инструмента выполнена ступенчато расширяющейся от носовой части. Внутри инструмента выполнено продольное отверстие с подведенными к нему отверстиями от каждой ступени и радиальными каналами на подошве инструмента для соединения формируемого перфорационного канала со скважиной. 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для перфорации трубы нефтяной или газовой скважины.

Известны разные устройства для перфорации труб нефтяных и газовых скважин: прокалывающие, сверлящие, взрывные, химические и т.п.(см., например, Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник. Под ред. Л.Я. Фридляндера. - М. : Недра, 1990; "Гидромониторная перфорационная система" в журнале "Нефть, газ и нефтехимия за рубежом". Переведенное издание журналов США, 1991, 6, с. 51-52; патент РФ 2069739 от 27.11.96. , МПК Е 21 В 43/11, патент США 2381929, Е 21 В 43/112, 1945).

Наиболее прогрессивными являются устройства для прокалывания, однако их инструменты заклиниваются в трубе при перфорации.

Этот недостаток устранен в другом известном устройстве, принятом за прототип.

Устройство для прокалывания трубы нефтяной или газовой скважины по прототипу содержит поршень с уплотнениями и прокалывающим инструментом, расположенный в рабочей камере прокалывающего перфоратора (патент РФ 2069739, МПК Е 21 В 3/11, 27.11.96).

В устройстве по прототипу создана форма инструмента, которая исключает его заклинивание в трубе при ее прокалывании.

Однако на практике выявились и некоторые недостатки известного устройства, не позволяющие успешно использовать его для прокалывания трубы нефтяной или газовой скважины. Эти недостатки следующие: - поршень, на котором установлен инструмент, задирает стенки цилиндра, так как любая неуравновешанность сил при прокалывании приводит к перекосу поршня; - поршневые кольца пропускают скважинную жидкость в рабочую камеру высокого давления после выключения работы перфоратора, когда давление в этой камере падает до исходного; - в результате входа порции скважинной жидкости в рабочую камеру высокого давления поршень и инструмент при возвратном ходе имеют недоход, возрастающий после каждого рабочего цикла; - обратный ход поршня и инструмента затруднен из-за неудовлетворительного входа скважинной жидкости в перфорационный канал, плотно закрытый инструментом после окончания рабочего хода, в результате чего инструмент придавливается к поверхности перфорационного канала; - инструмент имеет протяженные поверхности, контактирующие со стенками перфорационного канала, в связи с чем при наличии даже незначительного поддавливания со стороны скважинной жидкости инструменту затруднительно покинуть перфорационный канал; - при определенных условиях на инструмент в закрытом канале через жидкость действует пластовое и даже горное давление, в результате чего усилия прокалывания возрастают до двух и более раз; - при запирании жидкости в перфорационном канале в ней могут возникнуть давления, превышающие давление в камере высокого давления перфоратора, в результате чего процесс прокалывания может стать вообще невозможным.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является отсутствие задиров поршня о стенки цилиндра, отсутствие пропускания скважинной жидкости через уплотнения; удовлетворительный выход инструмента из перфорационного канала; полный возврат поршня и инструмента в исходное положение.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для прокалывания трубы нефтяной или газовой скважины, содержащем поршень с уплотнениями и прокалывающим инструментом, расположенный в рабочей камере прокалывающего перфоратора, согласно изобретению кромки поршня выполнены радиусными, к уплотнениям изнутри поршня выполнены каналы для подвода скважинной жидкости, в каналах установлены поршеньки и ограничители их выхода из каналов, имеющие проходные отверстия, при этом наружная поверхность инструмента выполнена ступенчато расширяющейся от носовой части, а внутри инструмента выполнено продольное отверстие с подведенными к нему отверстиями от каждой ступени и радиальными каналами на подошве инструмента для соединения формируемого перфорационного канала со скважиной.

Выполнение кромок поршня радиусными исключает задиры поршня о стенки цилиндра при перекосах поршня.

Подвод скважинной жидкости через каналы к уплотнениям изнутри поршня обеспечивает изменение вида деформации уплотнений путем их постоянного поддавливания к стенке цилиндра, в результате чего при изменении направления хода поршня уплотнения не меняют вида деформаций, а постоянно прижаты к цилиндру. При таком постоянном поджатии скважинная жидкость не может проникнуть в рабочую камеру, а рабочая жидкость не может проникнуть в скважину при изменении направления движения поршня.

Поршеньки в каналах с ограничителями их выхода из каналов и проходными отверстиями необходимы, с одной стороны, для создания скважинного давления в каналах, воздействующего на уплотнения, а с другой стороны, - для предотвращения выхода рабочей жидкости в скважину, если жидкость прошла через уплотнения.

Выполнение наружной поверхности инструмента ступенчато расширяющейся от носовой части способствует тому, что каждая последующая ступень расширяет перфорационный канал под другим углом и тем самым освобождает предыдущую ступень от контакта с каналом. Последняя ступень имеет самый большой угол и наименьшую вероятность заклинивания или прилипания к деформируемому материалу. Таким образом, улучшаются условия выхода инструмента из перфорационного канала и его возврата.

Выполнение в инструменте продольного отверстия, к которому подведены отверстия от каждой ступени и радиальные каналы на подошве инструмента, устраняет, во-первых, возможность образования разрежения (низкого давления) под инструментом в перфорационном канале, ухудшающего выход инструмента из этого канала; а, во-вторых, - возможность действия через жидкость в перфорационном канале высокого пластового и еще более высокого горного давления, превышающего скважинное в 2-2,5 раза, что пропорционально увеличивает усилия прокалывания.

Предложенное устройство показано на прилагаемом чертеже.

Устройство содержит поршень 1 с уплотнениями 2 и прокалывающим инструментом 3. Поршень 1 расположен в рабочей камере 4 перфоратора 5. Кромки 6 поршня 1 выполнены радиусными. К уплотнениям 2 изнутри через каналы 7 подведена скважинная жидкость. В каналах 7 установлены поршеньки 8 и ограничители 9 выхода поршеньков 8 из каналов, имеющие проходные отверстия 10. Наружная поверхность инструмента 3 выполнена ступенчато расширяющейся от носовой части 11. Внутри инструмента 3 выполнено продольное отверстие 12, к которому подведены отверстия 13 от каждой ступени инструмента 3; на подошве 14 инструмента 3 выполнены радиальные каналы 15, подведенные к продольному отверстию 12 инструмента 3.

Устройство работает следующим образом. При спуске перфоратора 5 в скважину скважинная жидкость заходит через отверстие 10 в ограничителе 9 и воздействует на поршенек 8, который поднимает давление жидкости в канале 7 до величины скважинного. Жидкость под давлением воздействует на уплотнения 2 и прижимает их к стенкам цилиндра, препятствуя проходу скважинной жидкости в рабочую камеру 4, а рабочей жидкости из рабочей камеры 4 - в скважину при любом направлении перемещения поршня 1.

При создании давления в рабочей камере 4 поршень 1 с инструментом 3 перемещаются, инструмент 3 внедряется в трубу, например в НКТ или колонну, и начинает формировать перфорационный канал, в котором каждая ступень инструмента 3 расширяет канал для освобождения предыдущей ступени, улучшая ее обратный выход. Отверстия 12, 13 и канал 15 соединяют формируемый перфорационный канал со скважиной, в результате чего в этом канале не может образоваться ни пластовое, ни горное, ни сверхвысокое давление закрытого объема, ни низкое давление в начальный момент возврата инструмента. Давление впереди и сзади инструмента 3 всегда будет равно скважинному давлению, что создает благоприятные условия для работы инструмента.

Эффективность работы устройства для прокалывания трубы существенно возрастает.

Формула изобретения

Устройство для прокалывания трубы нефтяной или газовой скважины, содержащее поршень с уплотнениями и прокалывающим инструментом, расположенный в рабочей камере прокалывающего перфоратора, отличающееся тем, что кромки поршня выполнены радиусными, к уплотнениям изнутри поршня выполнены каналы для подвода скважинной жидкости, в каналах установлены поршеньки и ограничители их выхода из каналов, имеющие проходные отверстия, при этом наружная поверхность инструмента выполнена ступенчато расширяющейся от носовой части, а внутри инструмента выполнено продольное отверстие с подведенными к нему отверстиями от каждой ступени и радиальными каналами на подошве инструмента для соединения формируемого перфорационного канала со скважиной.

РИСУНКИ

Рисунок 1