Устройство для вскрытия металлической части обсадной колонны

Изобретение относится к строительству и ремонту нефтяных, газовых и других скважин и может использоваться для сообщения полости обсадной трубы в скважине с окружающей средой. Технический результат - упрощение конструкции, автоматизация процесса образования зазора между рабочим инструментом электроразрядной установки и обрабатываемой поверхностью, а также повышение производительности. Устройство для вскрытия металлических частей обсадных колонн включает электроразрядный генератор, который через кабель подключен к рабочему инструменту. Рабочий инструмент выполнен в виде электрода, в объеме которого при его изготовлении равномерно размещена совокупность частиц, из тугоплавкого и электроизоляционного материала или материала с низкой электропроводимостью. Причем частицы выбраны с эффективным диаметром, соответствующим удвоенной величине зазора, необходимого для электроразряда между электродом и обрабатываемой поверхностью. Устройство снабжено средствами поджатия электрода к обрабатываемой поверхности. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к строительству и ремонту нефтяных, газовых и других скважин и может использоваться для сообщения полости обсадной трубы в скважине с окружающей средой для получения притока продукции пласта, закачки различных жидкостей и растворов при воздействии на призабойную зону, при проведении изоляционных и прочих работ в тех случаях, когда для указанных целей необходимо пробить отверстие в стенке обсадной колонны.

Для оценки новизны и технического уровня изобретения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с изобретением признаков, известных из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения.

Широко известны и находят всеобщее применение скважинные перфораторы многозарядного исполнения, использующие энергию взрывчатого вещества, которые залповым выстрелом пробивают за один спуск устройства в скважину множество отверстий в стенке обсадной колонны или кумулятивными струями, или пулями, или разрывными снарядами. Указанные перфораторы внутри скважины обычно транспортируются на гибком кабель-канате с помощью лебедки каротажной бригадой. Кроме того, устройства, использующие взрывчатые вещества, небезопасны для персонала и иногда приводят к нарушениям целостности обсадной колонны ударной волной взрывов.

Известны перфораторы, спускаемые в скважину на силовом электрическом кабеле-канате, содержащие сверло с электроприводом для вращения, подачи и отвода его из отверстия (см. Сверлящий перфоратор типа "ППС 112-60", НПП "Азимут" при Уфимском государственном нефтяном техническом университете). Их недостаток - малая глубина сверления, повышенный износ и большие усилия сверления.

Известен скважинный пробойник для труб, спускаемый в скважину на рабочей колонне, содержащий полый заполненный жидкостью корпус с боковыми каналами, сообщающимися с полостью корпуса, установленный в боковом канале поршень с рабочим органом, жестко связанный с корпусом полый цилиндр, шток, установленный в полости корпуса и цилиндра с возможностью осевого перемещения, образующий с цилиндром штоковую камеру, плунжер, установленный в цилиндре и связанный со штоком с помощью срезного элемента и образующий с цилиндром рабочую камеру, которая через отверстие в переводнике сообщается с пространством скважины через обратный клапан, выполненный в виде разрушаемой при взаимодействии с рабочей колонной заглушки (см. патент РФ 2057894). Основной недостаток данного устройства - однократность действия, в результате чего за каждый его спуск в скважину можно получить практически не более 1-3 отверстий (определяется числом радиальных боковых каналов в его корпусе). Другой недостаток - для приведения его в действие путем разрушения заглушки под воздействием рабочей колонны устройство должно быть посажено на какой-нибудь упор в скважине.

Известен скважинный пробойник для труб и спуска в скважину на рабочей колонне, содержащий полый заполненный жидкостью корпус с боковыми каналами, сообщающимися с полостью корпуса, установленный в боковом канале корпуса поршень с рабочим органом, жестко связанный с корпусом полый цилиндр, шток, установленный в полости корпуса и цилиндра с возможностью осевого перемещения, связанный со штоком полый плунжер, установленный в полости цилиндра и образующий с ним штоковую и рабочую камеры, переводник, жестко связанный с цилиндром, который характеризуется тем, что в качестве рабочей использована колонна труб с гидравлическим каналом для подачи силовой жидкости - энергоносителя от насоса, полость которой гидравлически связана с рабочей камерой и пространством скважины через дроссели, штоковая камера через отверстия в цилиндре сообщена с пространством скважины, плунжер выполнен со сквозным каналом, сообщающим рабочую и штоковую камеры, на котором установлен нормально открытый клапан, шток и плунжер соединены между собой жестко и подпружинены для обеспечения штоку положения, выдвинутого из корпуса и для обеспечения закрытия клапана на канале плунжера, шток снабжен поршнем для взаимодействия с жидкостью, содержащейся в корпусе, при выдвижении штока из него, а в переводнике установлен сообщающий рабочую камеру с пространством скважины нормально закрытый золотник, запорный элемент которого связан с поршнем гидравлического реле выдержки времени, причем последнее снабжено обратным клапаном, каналами и возвратной пружиной для обеспечения открывания золотника после выдержки некоторого заданного времени и ускоренного закрытия с возвратом реле в исходное состояние (см. патент РФ №2202035).

Известна установка для перфорации обсадной колонны в скважине, содержащая колонну труб с отклонителем в виде изогнутого канала в корпусе, в которую на второй колонне труб спущен гидравлический двигатель со сверлом на гибком валу (см. патент US 5413184).

Для решения поставленных задач широкое применение находят и различные электроразрядные технологии (см. например, Курец В.И., Усов А.Ф., Цукерман В.А. Электроискровая дезинтеграция материалов. Изд.: Апатиты, 2002).

Применяемые для электроразрядных технологий импульсные источники питания имеют в своей основе электроразрядный генератор, который через кабель и разделительный разрядник подключен к рабочему инструменту. Но передача высоковольтного импульса большой энергии на большие расстояния в ряде случаев становится экономически и технологически нерациональна. В подобных условиях применяют погружные генераторы (см. а.с. 728220).

Недостатком всех известных устройств для вскрытия металлических частей обсадных колонн является то, что подача рабочего инструмента, например медного электрода, с целью сохранения необходимого для электроразряда зазора между электродом и обрабатываемой поверхностью, осуществляется принудительно вручную либо на основе обратной связи по какому-либо параметру электроразряда, например разрядному току. В условиях нефтяной скважины обеспечить регулировку зазора, который находится в пределах 0,01-0,2 мм между рабочим инструментом и обрабатываемой поверхностью, весьма затруднительно, а любое отклонение от необходимой величины этого зазора приводит к остановке процесса и непроизводительным потерям времени.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и автоматизация процесса образования зазора между рабочим инструментом электроразрядной установки и обрабатываемой поверхностью, повышение производительности устройства.

Сущность изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.

Устройство для вскрытия металлических частей обсадных колонн, включающее электроразрядный генератор, который через кабель подключен к рабочему инструменту, которое характеризуется тем, что рабочий инструмент выполнен в виде электрода, в объеме которого при его изготовлении равномерно размещена совокупность частиц из тугоплавкого и электроизоляционного материала или материала с низкой электропроводимостью, причем частицы выбраны с эффективным диаметром, соответствующим удвоенной величине зазора, необходимого для электроразряда между электродом и обрабатываемой поверхностью, при этом устройство снабжено средствами поджатия электрода к обрабатываемой поверхности.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Кроме того, изобретение характеризуется рядом факультативных признаков, а именно:

- устройство может быть снабжено средствами для вращения электрода вокруг своей продольной оси;

- устройство может быть снабжено средствами для обеспечения вибрации электрода;

- устройство может быть снабжено средствами для обеспечения возвратно-поступательного движения электрода;

- боковая поверхность электрода может быть снабжена изоляцией.

Достигаемый при использовании изобретения технический результат заключается в том, что вкрапленные в объем электрода частицы из тугоплавкого и электроизоляционного материала определенного размера постоянно по мере расходования электрода и выкрашивания частиц обеспечивают необходимый для электроразряда зазор.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображен разрез по электроду в месте его контакта с обрабатываемой поверхностью.

Устройство для вскрытия металлических частей обсадных колонн включает электроразрядный генератор, который через кабель (на чертеже условно не показаны) подключен к рабочему инструменту, который выполнен в виде электрода 1, в объеме которого при его изготовлении равномерно размещена совокупность частиц 2. Эти частицы 2 выполнены из тугоплавкого и электроизоляционного материала или материала с низкой электропроводимостью, например корунда, карбида кремния, кубического нитрида бора, алмаза, тугоплавких сплавов и т.п. Частицы 2 выбраны с эффективным диаметром D, соответствующим удвоенной величине зазора Н, необходимого для эффективного электроразряда, сопровождающегося электроэрозией между электродом 1 и обрабатываемой поверхностью 3, т.е. D=2H и, соответственно, H=D/2. Устройство снабжено средствами поджатия электрода 1 к обрабатываемой поверхности 3. Устройство может быть снабжено средствами для вращения электрода вокруг своей продольной оси, средствами для обеспечения вибрации электрода или средствами для обеспечения возвратно-поступательного движения электрода. Боковая поверхность электрода может быть снабжена изоляцией.

Устройство работает следующим образом.

Электрод 1 с постоянным усилием, которое может сопровождаться либо вращением либо вибрацией поджимается к обрабатываемой поверхности 3, и при этом необходимый для электроразрядной обработки зазор автоматически обеспечивается тем, что электрод 1 упирается в обрабатываемую поверхность 3 не своим материалом, а вкрапленными в его объем тугоплавкими и электроизоляционными частицами 2, а поскольку их эффективный диаметр вдвое больше величины необходимого для электроразряда зазора, то этот зазор обеспечивается и процесс обработки начинается. При этом при постепенном срабатывании материала электрода 1 вследствие электроэрозии частицы 2 выкрашиваются из объема электрода 1 и он автоматически подвигается к обрабатываемой поверхности 3, при этом опять же обеспечивается необходимый для электроразряда зазор. Дополнительно обеспечиваемое вращение или вибрация электрода позволяет снять с колонны оксидные пленки, которыми она покрыта, и войти электроду в заколонный цемент. Изоляция боковой поверхности электрода обеспечивает вхождение электрода в заколонный цемент до прекращения эрозии колонны, т.е. когда в ней полностью образовалось отверстие.

Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения. Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает упрощение конструкции и повышение производительности устройства.

1. Устройство для вскрытия металлических частей обсадных колонн, включающее электроразрядный генератор, который через кабель подключен к рабочему инструменту, отличающееся тем, что рабочий инструмент выполнен в виде электрода, в объеме которого при его изготовлении равномерно размещена совокупность частиц, из тугоплавкого и электроизоляционного материала или материала с низкой электропроводимостью, причем частицы выбраны с эффективным диаметром, соответствующим удвоенной величине зазора, необходимого для электроразряда между электродом и обрабатываемой поверхностью, при этом устройство снабжено средствами поджатия электрода к обрабатываемой поверхности.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено средствами для вращения электрода вокруг своей продольной оси.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено средствами для обеспечения вибрации электрода.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено средствами для обеспечения возвратно-поступательного движения электрода.

5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что боковая поверхность электрода снабжена изоляцией.