Гидроабразивный перфоратор

 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к устройствам для перфорирования скважин гидроабразивной струей направленного действия. Обеспечивает повышение степени вскрытия продуктивного пласта. Сущность изобретения: устройство содержит корпус. На корпусе размещен соединительный элемент для соединения с насосно-компрессорной трубой. Верхнее и нижнее сопла, установлены ярусно относительно оси корпуса. Устройство содержит винтовой механизм для поступательно-вращательного перемещения корпуса. Оси верхнего и нижнего сопел пересекаются под острым углом, расходящимся от корпуса с точкой пересечения осей, расположенной с тыльной стороны от сопел. Оси верхнего и нижнего сопел лежат в плоскости, наклоненной к оси корпуса под углом, равным углу наклона винтовой линии механизма для поступательно-вращательного перемещения корпуса. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к устройствам для перфорирования скважин гидроабразивной струей направленного действия.

Известен гидроабразивный перфоратор, содержащий корпус с продольными и радиальными каналами, соединительный элемент для связи корпуса с колонной насосно-компрессорных труб, насадки с насадкодержателями, размещенные в радиальных каналах с возможностью перемещения, и седло под сбрасываемый шаровой клапан, установленное в нижней части корпуса (авт. свид. СССР 1716105, Е 21 В 43/114, опубл. 1992 г.). Радиальные каналы с размещенными в них насадками расположены по высоте корпуса на диаметрально противоположных сторонах корпуса со смещением по высоте относительно друг друга.

Известен также гидроабразивный перфоратор, содержащий полый корпус со струйными насадками, расположенными вокруг оси корпуса по спиральной линии (свид. на полезную модель РФ 18839, 7 Е 21 В 43/114, опубл. 2001 г.). Все насадки направлены вверх под острым углом к оси корпуса. В процессе перфорирования скважины струи гидроабразивной смеси вырабатывают в горной породе наклонные каналы, направленные от оси скважины вверх. Они пересекают по высоте продуктивный пласт и пропластки, что способствует повышению степени вскрытия продуктивного пласта.

Наиболее близким к предлагаемому гидроабразивному перфоратору является известный гидропескоструйный перфоратор, содержащий корпус, размещенные на корпусе соединительный элемент для соединения с насосно-компрессорной трубой, верхнее и нижнее сопла (насадки), установленные ярусно относительно оси корпуса (авт. свид. СССР 415355, Е 21 В 43/114, опубл. 1974 г.). Сопла размещены парами на диаметрально противоположных сторонах корпуса. Каждая пара содержит верхнее и нижнее сопла. Верхние сопла направлены вниз под острым углом к оси корпуса, а нижние сопла направлены вверх. Оси верхнего и нижнего сопел пересекаются с фронтальной стороны от сопел. При работе перфоратора струи гидроабразивной смеси, истекающие из верхнего и нижнего сопел, вырабатывают в горной породе наклонные каналы, пересекающиеся в зоне удаленной от оси скважины. Для увеличения длины вырабатываемых каналов повышают давление гидроабразивной смеси, под действием которого поршень, установленный в корпусе, перекрывает верхние сопла. Истечение гидроабразивной смеси из них прекращается. Скорость истечения гидроабразивной смеси из нижних сопел увеличивается и соответственно увеличивается длина направленных вверх каналов, вырабатываемых в горной породе нижними соплами.

Недостаток гидропескоструйного перфоратора, наиболее близкого к предлагаемому, состоит в малой степени вскрытия продуктивного пласта, что снижает дебит скважины.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения степени вскрытия продуктивного пласта.

Для достижения указанного технического результата гидроабразивный перфоратор, как и наиболее близкий к нему известный по авт. свид. СССР 415355, содержит корпус, размещенные на корпусе, соединительный элемент для соединения с насосно-компрессорной трубой, верхнее и нижнее сопла, установленные ярусно относительно оси корпуса.

В отличие от известного гидропескоструйного перфоратора, в предлагаемом гидроабразивном перфораторе оси верхнего и нижнего сопел, пересекаются под острым углом, расходящимся от корпуса, причем точка пересечения осей расположена с тыльной стороны от сопел.

Острый угол между осями верхнего и нижнего сопел находится преимущественно в диапазоне от 2^o до 90^o.

Гидроабразивный перфоратор может дополнительно содержать винтовой механизм для поступательно-вращательного перемещения корпуса, причем оси верхнего и нижнего сопел лежат в плоскости, наклоненной к оси корпуса под углом, равным углу наклона винтовой линии поступательно-вращательного перемещения корпуса.

Расходящийся от корпуса, острый угол между осями верхнего и нижнего сопел и расположение точки пересечения осей с тыльной стороны от сопел обеспечивают возможность вырабатывания в горной породе каналов, расходящихся по высоте с удалением от оси скважины и/или вырабатывания в горной породе общей каверны, увеличивающейся по своей высоте с удалением от оси скважины. Такие каналы и/или каверна имеют увеличенную поверхность фильтрации в зоне, удаленной от оси скважины, и обладают повышенной приемной способностью при заборе нефтегазовых флюидов из продуктивного пласта. Кроме того, каналы, расходящиеся по высоте с удалением от оси скважины, и/или каверна, увеличивающаяся по своей высоте с удалением от оси скважины, обладают повышенной устойчивостью против сдвига горных пород, поскольку основная часть их поверхности удалена от наиболее нагруженной призабойной зоны, прилегающей к скважине.

Направленность каждого сопла в вертикальной плоскости, при сохранении острого угла между соплами, может быть выбрана с учетом литографического состава горной породы. Углы расположения сопел относительно оси корпуса могут быть разными при условии, что угол между осями сопел находится преимущественно в диапазоне от 2^o до 90^o. Верхнее сопло может быть направлено вверх под острым углом к оси корпуса, а нижнее сопло либо вниз, либо перпендикулярно оси корпуса, либо вверх под менее острым углом. Верхнее сопло может быть направлено перпендикулярно оси корпуса, а нижнее - вниз под острым углом к ней. Возможна также направленность обоих сопел вниз с направлением нижнего сопла под более острым углом к оси корпуса, чем верхнего.

Для вырабатывания в продуктивном пласте винтовой щели гидроабразивный перфоратор снабжают винтовым механизмом, осуществляющим поступательно-вращательное перемещение корпуса. При этом верхнее и нижнее сопла размещают так, чтобы их оси лежали в плоскости, наклоненной к оси корпуса под углом, равным углу наклона винтовой линии. Это позволяет наложить винтовую траекторию движения верхнего сопла на винтовую траекторию движения нижнего сопла и, таким образом, увеличить глубину общей винтовой щели, прорезаемой двумя соплами.

Для вырабатывания в продуктивном пласте вертикальной щели целесообразно разместить оси верхнего и нижнего сопел в плоскости, проходящей через ось корпуса, что позволяет увеличить глубину общей вертикальной щели, прорезаемой двумя соплами.

Предлагаемый гидроабразивный перфоратор иллюстрируется чертежами, на которых представлены примеры его конструктивного исполнения: на фиг. 1 - продольный разрез гидроабразивного перфоратора в первом варианте конструктивного исполнения с верхним соплом, направленным вверх, и нижним соплом, направленным вниз; на фиг.2 - продольный разрез гидроабразивного перфоратора во втором варианте конструктивного исполнения с верхним соплом, направленным вверх, и нижним соплом, направленным перпендикулярно оси корпуса перфоратора; на фиг.3 - продольный разрез гидроабразивного перфоратора в третьем варианте конструктивного исполнения с верхним и нижним соплами, направленными вверх под разными углами к оси корпуса перфоратора; на фиг. 4 - продольный разрез гидроабразивного перфоратора в четвертом варианте конструктивного исполнения с верхним соплом, направленным перпендикулярно оси корпуса перфоратора, и нижним соплом, направленным вниз; на фиг.5 - продольный разрез гидроабразивного перфоратора в пятом варианте конструктивного исполнения с верхним и нижним соплами, направленными вниз под разными углами к оси корпуса перфоратора; на фиг.6 - общий вид гидроабразивного перфоратора в шестом варианте конструктивного исполнения с верхним и нижним соплами, расположенными в плоскости, наклоненной к оси корпуса под углом, равным углу наклона винтовой линии; на фиг. 7 - сечение А-А по соплам гидроабразивного перфоратора, изображенного на фиг.6.

Гидроабразивный перфоратор содержит корпус 1, соединительный элемент 2 для соединения с насосно-компрессорной трубой 3, верхнее 4 и нижнее 5 сопла, установленные ярусно по высоте корпуса 1 с пересечением осей 6 и 7 под углом α в точке 8, расположенной с тыльной стороны от сопел 4 и 5. В нижней части корпуса 1 по его оси 9 размещено седло 10 под сбрасываемый шаровой клапан 11. При установке корпуса 1 в скважине 12 на заданной глубине гидроабразивный перфоратор может вырабатывать в продуктивном пласте 13 и пропластках 14 наклонные каналы 15, расходящиеся под углом α от скважины 12 (фиг.1), и/или каверны 16 и 17, направленные вверх (фиг.2, 3), и/или каверны 18 и 19, направленные вниз (фиг.4, 5). Для вырабатывания в продуктивном пласте 13 и пропластках 14 винтовой щели 20 гидроабразивный перфоратор содержит винтовой механизм 21 для поступательно-вращательного перемещения корпуса 1 по винтовой линии 22, верхнее 4 и нижнее 5 сопла, расположенные в плоскости 23, наклоненной к оси 9 под углом β, равным углу наклона винтовой линии 22.

Гидроабразивный перфоратор работает следующим образом.

В зависимости от толщины продуктивного пласта 13, наличия пропластков 14, плотности горной породы и других геофизических условий выбирают необходимое конструктивное исполнение гидроабразивного перфоратора, например из примеров, изображенных на фиг. 1-7. Гидроабразивный перфоратор опускают в скважину на насосно-компрессорной трубе 3 до продуктивного пласта 13. Гидроабразивная смесь, подаваемая в корпус 1 через насосно-компрессорную трубу 3, истекает из верхнего 4 и нижнего 5 сопел в виде струй, расходящихся от корпуса 1 под углом α относительно друг друга. При большом угле α между соплами 4 и 5 струи гидроабразивной смеси вырабатывают в горной породе наклонные каналы 15 (фиг.1), пересекающие продуктивный пласт 13 и пропластки 14 в противоположных направлениях, что повышает степень вскрытия и коллекторские свойства продуктивного пласта 13. При малом угле α между соплами 4 и 5 струи гидроабразивной смеси вырабатывают в горной породе каверну 16, 17, 18, 19, увеличивающуюся по своей высоте с удалением от скважины 12, как показано на фиг. 2-5. Каверны 16-19 обладают повышенной приемной способностью, поскольку не только пересекают продуктивный пласт 13 и пропластки 14, но и имеют увеличенную поверхность фильтрации, удаленную от призабойной зоны, подверженной быстрой кольматации и интенсивному засорению.

Для вырабатывания винтовых щелей 20 используют гидроабразивный перфоратор в конструктивном исполнении, изображенном на фиг.6, 7. В процессе подачи гидроабразивной смеси к такому перфоратору через насосно-компрессорную трубу 3 винтовой механизм 21 поворачивает корпус 1 по винтовой линии 22, одновременно вращая его вокруг оси 9 и перемещая в скважине 12 вниз. При этом струя гидроабразивной смеси, истекающая из нижнего сопла 5, прорезает в продуктивном пласте 13 предварительную винтовую щель, а струя, истекающая из верхнего сопла 4, свободно проходит через эту щель без потери энергии и углубляет ее до расчетной величины. Общая глубина винтовой щели 20, прорезанная последовательным воздействием струй, истекающих из нижнего 5 и верхнего 4 сопел, превышает глубину винтовой щели, в случае ее прорезания только одним соплом, что повышает степень вскрытия продуктивного пласта 13.

Для вырабатывания вертикальных щелей верхнее 4 и нижнее 5 сопла размещают на корпусе 1 по линии, параллельной оси 9. В процессе подачи гидроабразивной смеси к такому перфоратору его корпус 1 опускают в скважине 12. При этом струя гидроабразивной смеси, истекающая из нижнего сопла 5, прорезает предварительную вертикальную щель, а струя, истекающая из верхнего сопла 4, свободно проходит через прорезанную предварительную щель без потери энергии и углубляет ее до расчетной величины. Общая глубина вертикальной щели (на чертеже не показана), прорезанная последовательным воздействием струй, истекающих из нижнего 5 и верхнего 4 сопел, превышает глубину вертикальной щели в случае ее прорезания только одним соплом, что повышает степень вскрытия продуктивного пласта 13.

Формула изобретения

1. Гидроабразивный перфоратор, содержащий корпус, размещенные на корпусе соединительный элемент для соединения с насосно-компрессорной трубой, верхнее и нижнее сопла, установленные ярусно относительно оси корпуса, отличающийся тем, что он дополнительно содержит винтовой механизм для поступательно-вращательного перемещения корпуса, а оси верхнего и нижнего сопел пересекаются под острым углом, расходящимся от корпуса с точкой пересечения осей, расположенной с тыльной стороны от сопел, при этом оси верхнего и нижнего сопел лежат в плоскости, наклоненной к оси корпуса под углом, равным углу наклона винтовой линии механизма для поступательно-вращательного перемещения корпуса.

2. Гидроабразивный перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что острый угол между осями верхнего и нижнего сопел находится в диапазоне 2-90^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7