Односторонний прокалывающий скважинный перфоратор

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к области вторичного вскрытия пласта созданием перфорационных каналов в скважине. Односторонний прокалывающий скважинный перфоратор включает корпус с каналом для подвода промывочной жидкости и возможностью соединения с колонной труб, в корпусе с возможностью перемещения перпендикулярно центральной оси установлен поршень с режущим инструментом, на наружной поверхности которого выполнены гидромониторные каналы, сообщенные через поршень с колонной труб, для выхода промывочной жидкости при формировании каверн при вторичном вскрытии пласта. Поршень изготовлен цилиндрическим, а режущий инструмент сверху и снизу имеет скосы с наклоном относительно своей оси больше 30°. Корпус соединен с колонной труб через технологическое устройство, состоящее из полого патрубка с как минимум одним нижними заливочным и верхними сливными отверстиями, цилиндрического фильтра с верхним и нижним цилиндрическими утолщениями, нижнее из которых оснащено наружной кольцевой проточкой, и верхней втулкой с седлом под большой бросовый с устья клапан, герметично установленной напротив сливных отверстий и зафиксированной как минимум одним срезным элементом. Фильтр выполнен с возможностью герметичной установки утолщениями с фиксацией внутрь патрубка, герметичным перекрытием нижним утолщением заливного отверстия для сообщения его с наружной проточкой и образованием наружной и внутренней камер соответственно снаружи и внутри фильтра. Внутренняя камера снизу снабжена седлом под маленький бросовый с устья клапан, сообщённым снизу боковым каналом с наружной проточкой, наружная камера сообщена продольным отверстием в нижнем утолщении с каналом корпуса. Верхняя втулка выполнена с возможностью разрушения срезных элементов и смещением вниз с открытием сливных отверстий под избыточным давлением сверху после взаимодействия с большим клапаном. Технический результат - простота изготовления и обслуживания за счет использования цилиндрического поршня, возможность производить заполнение колонны труб и/или промывку скважины при спуске и слив жидкости из колонны труб при подъеме, а также отфильтровывать крупные твердые частицы из закачиваемой для перфорации жидкости, исключая тем самым засорение гидромониторных каналов режущего инструмента. 3 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к области вторичного вскрытия пласта созданием перфорационных каналов в скважине.

Известно устройство для перфорации скважин (патент RU 2043486, Е21В 43/114, опубл. 10.09.1995 г.), содержащее корпус, поршень и пробойник с промывочным каналом, жестко связанный с поршнем, отличающееся тем, что поршень выполнен с сечением в форме прямоугольника с закругленными краями, а пробойник выполнен с проточкой по боковой поверхности с возможностью сообщения заколонного пространства скважины с его колонным пространством в рабочем положении устройства. при этом промывочный канал пробойника выполнен по его оси.

Недостатками устройства являются сложность изготовления и герметизации поршня, имеющего прямоугольное поперечное сечение с закругленными краями, и цилиндра с внутренней поверхностью, точно соответствующей поверхности поршня, также сложно изготовить пробойник с наружной проточкой по боковому каналу, имеющим промывочный осевой канал, причем боковой и промывочный каналы расположены на поверхностях, взаимодействующих непосредственно прокалываемой обсадной трубой при больших нагрузках (порядка 14 - 20 т на резец), что легко может привести к их деформации и перекрытию как материалом самого пробойника, так и материалом трубы, что затрудняет применение их по прямому назначению, при этом маленький диаметр промывочного канала (для обеспечения гидромониторного воздействия и работоспособности поршня при перфорации) делает невозможным его эффективного использования при спуске устройства в скважину заполненную жидкостью и проведение промывки скважины при спуске, а также осложняет извлечение перфоратора из скважины с низким уровнем жидкости, так как долго сливаемая через промывочный канал жидкость может создать перепад давлений внутреннего и наружного пространств и, как следствие, несанкционированный вылет пробойника с поршнем при подъеме. При перфорации обсадной колонной скважины высокая вероятность перекрытия промывочного канала изнутри твердыми вкраплениями, окалиной, ржавчиной и/или т.п в закачиваемой жидкости, так как часто используют при эксплуатации не новые трубы, техническую воду, скважинную жидкость или т.п. отсутствует фильтрация этой жидкости при нагнетании в цилиндр при перфорации.

Наиболее близким аналогом является односторонний прокалывающий перфоратор (патент на полезную модель RU 179004, Е21В 43/112, Е21В 43/114, опубл. 24.04.2018 Бюл. № 12), включающий корпус с каналом для подвода промывочной жидкости и с резьбой для крепления перфоратора к колонне труб, в корпусе с возможностью перемещения перпендикулярно центральной оси установлен овальный поршень с возвратными пружинами и режущим инструментом, на наружной поверхности которого выполнены гидромониторные каналы для выхода промывочной жидкости при формировании каверн, отличающийся тем, что в качестве возвратных использованы две плоские пружины, установленные с двух сторон поршня в пазах симметрично относительно центра напротив друг друга и закрепленные винтами, причем пазы в продольном разрезе корпуса повторяют профиль пружины в транспортном положении перфоратора, а на боковой поверхности поршня с двух сторон выполнены дополнительные пазы, которые взаимодействуют с входящими в них ограничительными штифтами.

Недостатками перфоратора являются сложность изготовления и герметизации овального поршня и цилиндра с внутренней поверхностью, точно соответствующей поверхности поршня, при этом маленький диаметр промывочного канала (для обеспечения гидромониторного воздействия и работоспособности поршня при перфорации) делает невозможным его эффективного использования при спуске устройства в скважину заполненную жидкостью и проведение промывки скважины при спуске, а также осложняет извлечение перфоратора из скважины с низким уровнем жидкости, так как долго сливаемая через промывочный канал жидкость может создать перепад давлений внутреннего и наружного пространств и, как следствие, несанкционированный вылет пробойника с поршнем при подъеме, наличие пружин требует дополнительных усилий, создаваемых внутренним давлением, при вторичном вскрытии. При перфорации обсадной колонный скважины высокая вероятность перекрытия промывочного канала изнутри твердыми вкраплениями, окалиной, ржавчиной и/или т.п в закачиваемой жидкости, так как часто используют при эксплуатации не новые трубы, техническую воду, скважинную жидкость или т.п. отсутствует фильтрация этой жидкости при нагнетании в цилиндр при перфорации.

Технической задачей является создание одностороннего прокалывающего скважинного перфоратора простого в изготовлении и обслуживании за счет использования цилиндрического поршня, позволяющего производить заполнение колонны труб и/или промывку скважины при спуске, слив жидкости из колонны труб при подъеме и отфильтровывать крупные твердые элементы из закачиваемой для перфорации жидкости, исключая засорение гидромониторных каналов режущего инструмента.

Техническая задача решается односторонним прокалывающим скважинным перфоратором, включающим корпус с каналом для подвода промывочной жидкости и возможностью соединения с колонной труб, в корпусе с возможностью перемещения перпендикулярно центральной оси установлен поршень с режущим инструментом, на наружной поверхности которого выполнены гидромониторные каналы, сообщенные через поршень с колонной труб для выхода промывочной жидкости при формировании каверн при вторичном вскрытии пласта.

Односторонний прокалывающий скважинный перфоратор отличается он наиболее близкого аналога тем, что поршень изготовлен цилиндрическим, а режущий инструмент сверху и снизу имеет скосы с наклоном относительно своей оси больше 30°, при этом корпус соединен с колонной труб через технологическое устройство, состоящее из полого патрубка с как минимум одним нижними заливочным и верхними сливным отверстиями, цилиндрического фильтра с верхним и нижним цилиндрическими утолщениями, нижнее из которых оснащено наружной кольцевой проточкой, и верхней втулкой с седлом под большой бросовый с устья клапан, герметично установленной напротив сливных отверстий и зафиксированной как минимум одни срезным элементом, фильтр выполнен с возможностью герметичной установки утолщениями с фиксацией внутрь патрубка, герметичным перекрытием нижним утолщением заливного отверстия для сообщения его с наружной проточкой и образованием наружной и внутренней камер соответственно снаружи и внутри фильтра, причем внутренняя камера снизу снабжена седлом под маленький бросовый с устья клапан, сообщённым снизу боковым каналом с наружной проточкой, наружная камера сообщена продольным отверстием в нижнем утолщении с каналом корпуса, а верхняя втулка выполнена с возможностью разрушения срезных элементов и смещением вниз с открытием сливных отверстий под избыточным давление сверху после взаимодействия с большим клапаном.

На фиг. 1 изображен перфоратор в изометрии.

На фиг. 2 изображен перфоратор в продольном разрезе.

На фиг. 3 изображена выноска А фиг. 2.

Односторонний прокалывающий скважинный перфоратор включает корпус 1 (фиг.1 и 2) с каналом 2 (фиг. 2) для подвода промывочной жидкости и возможностью соединения с колонной труб 3 (показаны на фиг. 2 условно). В корпусе 1 (фиг. 2) с возможностью перемещения перпендикулярно центральной оси установлен поршень 4 с режущим инструментом 5, на наружной поверхности которого выполнены гидромониторные каналы 6 (фиг. 1 и 2), сообщенные перепускными каналами 7 (фиг. 2) через поршень 4 с колонной труб 3, для выхода промывочной жидкости при формировании каверн при вторичном вскрытии пласта (не показан). Поршень 5 изготовлен цилиндрическим, а режущий инструмент сверху и снизу имеет скосы 8 (фиг. 1 и 2) и 9 с наклоном α относительно своей оси больше 30°. Корпус 1 (фиг. 2) соединен с колонной труб 3 через технологическое устройство 10, состоящее из полого патрубка 11 с как минимум одним нижними заливочным 12 (фиг. 2 и 3) и верхними 13 (фиг. 1) сливным отверстиями, цилиндрического фильтра 14 (фиг. 2) с верхним 15 и нижним 16 цилиндрическими утолщениями, нижнее 16 (фиг. 3) из которых оснащено наружной кольцевой проточкой 17, и верхней втулкой 18 (фиг. 2) с седлом 19 под большой бросовый с устья клапан 20 (показан условно), герметично установленной напротив сливных отверстий 13 (фиг. 1) и зафиксированной как минимум одни срезным элементом 21 (Фиг. 2). Фильтр 14 выполнен с возможностью герметичной установки утолщениями 15 и 16 с фиксацией (винтом 22, прессовой посадкой, клином или т.п. - последнее не показано, авторы на это не претендуют) внутрь патрубка 11, герметичным перекрытием нижним утолщением 16 заливного отверстия 13 (фиг. 3) для сообщения его с наружной проточкой 17 и образованием наружной 23 (фиг. 2) и внутренней 24 камер соответственно снаружи и внутри фильтра 14. Внутренняя камера 24 снизу снабжена седлом 25 под маленький бросовый с устья клапан 26 (показан условно), сообщённым снизу боковым каналом 27 (фиг. 3) с наружной проточкой 17. Наружная камера 23 (фиг. 2) сообщена продольным отверстием 28 в нижнем утолщении 16 с каналом 2 корпуса 1. Верхняя втулка выполнена с возможностью разрушения срезных элементов 21 и смещением вниз с открытием сливных отверстий 14 (фиг. 1) под избыточным давление сверху после взаимодействия с большим клапаном 20.

Конструктивные элементы, технологические соединения, не влияющие на работоспособность перфоратора, и уплотнения на фиг. 1 - 3 не показаны или показаны условно.

Перфоратор работает следующим образом.

Перед использованием сначала собирают перфоратор. Для этого в патрубок 11 (фиг. 2) технологического устройства 10 вставляют и фиксируют (например, винтом 22) фильтр 14, верхнее 15 и нижнее 16 утолщения которого герметизируют внутреннее пространство патрубка с образованием наружной 23 и внутренней 24 камер фильтра 14. При этом внутренняя камера 24 сообщена через седло 25, боковой канал 27 и проточку 17 (фиг. 3) с заливочным отверстием 12, а наружная камера 23 (фиг. 2) - через продольное отверстие 28 с полостью патрубка 11 ниже фильтра 14. Сверху от фильтра 14 в патрубок 11 вставляют и фиксируют срезными элементами 21 верхнюю втулку 18 для герметизации изнутри сливных отверстий 13 (фиг. 1). Цилиндрический поршень 4 жестко соединяют с режущим инструментом 5, например, винтами 29, и вставляют внутрь корпуса 1 (фиг. 2) до упора. После чего корпус 1 соединяют с патрубком 11 технологического устройства 10, например, резьбовым соединением 30, завершая сборку перфоратора. Фильтр 14 может быть изготовлен в виде патрубка с меткими отверстиями, тонкими щелями, крупными отверстиям с намотанной проволокой снаружи, имеющей небольшие зазоры между витками, (последнее на фиг. 2 не показано) или т.п., авторы на это не претендуют.

Собранный перфоратор доставляют к скважине (не показана) и спускают в интервал перфорации обсадной колонны (не показана) на колонне труб 3, которые соединяют с патрубком 11, например, резьбовым соединением 31. При спуске скажённая жидкость через заливное отверстие 12 (фиг. 3), наружную проточку 17 нижнего утолщения 16 и боковой канал 27 свободно заполняет внутреннюю камеру 24 (фиг. 2) фильтра 14 и далее патрубок 11 и колонну труб 3. При необходимости промывки ствола скважины в колонну труб 3 устьевым агрегатом (не показан) нагнетают промывочную жидкость, которая под давлением через боковой канал 27 (фиг. 3) наружную проточку 17 нижнего утолщения 16 и заливное отверстие 12 направляется в основном внутрь скважины, так как сопротивление фильтра 14 (фиг. 2) значительно превосходит сопротивление боковой канала 27 и заливного отверстия 12. По завершению промывки уровень внутри колонны труб 3 и скважины снижается синхронно из-за наличия для сообщения боковой канала 27, проточки 17 (фиг. 3) и заливного отверстия 13. По завершению спуска и в колонну труб 3 (фиг. 2) кидают маленький клапан 26 (например, шар), который взаимодействуя с седлом 25 внутренней камеры 24 перекрывает переток жидкости из колонны труб 3 и патрубка 11 через боковой канал 27 и заливное отверстие 12 внутрь скважины. В результате закачки жидкости в колонну труб 3, она попадает в патрубок 11 и внутреннюю камеру 24, откуда, проходя через фильтр 14 и очищаясь от крупных твердых частиц жидкость попадает в наружную камеру 23. Из наружной камеры 23 жидкость по продольному отверстию 28 и каналу 2 направляется внутрь корпуса 1. Повышая производительность устьевого насоса через колонну труб 4 в корпуса 1 под поршнем 4со стороны закрытого части создаётся избыточное давление, так как пропускная способность перепускных каналов 7 с гидромониторными каналами 6 на конце режущего инструмента 6 значительно меньше пропускной способности канала 2 корпуса 1. Под действием избыточного давления поршень 4 выходит из корпуса 1 вместе с режущим инструментом 5, который прокалывает обсадную колонну скважины, производя вторичное вскрытие пласта (не показан). А мощная и тонкая струя бьющая из гидромониторных каналов 6, которые не засоряются из-за отсутствия крупных частиц в прокачиваемой жидкости, размывает породу пласта вокруг конца режущего инструмента 5, увеличивая площадь фильтрации продукции данного продуктивного пласта. Для извлечения режущего инструмента 5 из обсадной колонны в колонне труб необходимо снизить уровень жидкости до скважинного уровня жидкости., поэтому с устья скважины сбрасывают большой клапан 220 (например, шар), который взаимодействуя с седлом 19 втулки 18, перекрывает возможность перетока жидкости сверху вниз через втулку 18. В колонне труб 3 создают избыточное давление, под действием которого разрушаются срезные элементы 21, а втулка 18 перемещается вниз до открытия сливных отверстий 13 (фиг. 1), что фиксируется падением давления на устьевом насосном агрегате и/или циркуляцией жидкости из скважины. Через сливные отверстия жидкость из колонны труб 3 (фиг. 2) сливается в скважину, выравнивая давление. После чего рассаживанием колонны труб 4 вверх-вниз, за счет скосов 8 (фиг. 1 и 2) и 9 режущего инструмента 5 с наклоном α относительно своей оси больше 30°, что гораздо больше угла заклинивания, и создаёт достаточную реакцию отверстия (не показано) в обсадной колонне, направленную на режущий инструмент 5 в сторону корпуса 1 для входа поршня с режущим инструментов внутрь корпуса 1. Затем перфоратор на колонне труб 3 извлекают из скважины, а жидкость из колонны труб при этом через сливное отверстие 13 (фиг. 1) выливается внутрь скважины без излива жидкости на устье скважины и создания избыточного давления в корпусе 1, исключая несанкционированные вылет поршня 4 с режущим инструментом 5 наружу.

Предлагаемый односторонний прокалывающий скважинный перфоратор прост в изготовлении и обслуживании за счет использования цилиндрического поршня, при этом позволяет производить заполнение колонны труб и/или промывку скважины при спуске и слив жидкости из колонны труб при подъеме, также позволяет отфильтровывать крупные твердые частицы из закачиваемой для перфорации жидкости, исключая тем самым засорение гидромониторных каналов режущего инструмента.

Односторонний прокалывающий скважинный перфоратор, включающий корпус с каналом для подвода промывочной жидкости и возможностью соединения с колонной труб, в корпусе с возможностью перемещения перпендикулярно центральной оси установлен поршень с режущим инструментом, на наружной поверхности которого выполнены гидромониторные каналы, сообщенные через поршень с колонной труб, для выхода промывочной жидкости при формировании каверн при вторичном вскрытии пласта, отличающийся тем, что поршень изготовлен цилиндрическим, а режущий инструмент сверху и снизу имеет скосы с наклоном относительно своей оси больше 30°, при этом корпус соединен с колонной труб через технологическое устройство, состоящее из полого патрубка с как минимум одним нижним заливочным и верхним сливным отверстиями, цилиндрического фильтра с верхним и нижним цилиндрическими утолщениями, нижнее из которых оснащено наружной кольцевой проточкой, и верхней втулкой с седлом под большой бросовый с устья клапан, герметично установленной напротив сливных отверстий и зафиксированной как минимум одним срезным элементом, фильтр выполнен с возможностью герметичной установки утолщениями с фиксацией внутрь патрубка, герметичным перекрытием нижним утолщением заливного отверстия для сообщения его с наружной проточкой и образованием наружной и внутренней камер соответственно снаружи и внутри фильтра, причем внутренняя камера снизу снабжена седлом под маленький бросовый с устья клапан, сообщённым снизу боковым каналом с наружной проточкой, наружная камера сообщена продольным отверстием в нижнем утолщении с каналом корпуса, а верхняя втулка выполнена с возможностью разрушения срезных элементов и смещением вниз с открытием сливных отверстий под избыточным давлением сверху после взаимодействия с большим клапаном.