EA025373B1 - Устройство для гидромеханической перфорации скважин и обработки призабойной зоны пласта - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, к области бурения и эксплуатации скважин, а именно к устройствам для вторичного вскрытия и обработки продуктивных пластов. Заявляемое устройство для гидромеханической перфорации скважин и обработки призабойной зоны пласта содержит устанавливаемый в скважине и взаимодействующий с колонной насосно-компрессорных труб гидромеханический прокалывающий перфоратор, в корпусе которого установлен по меньшей мере один пробойник, выполненный с возможностью перемещения в радиальном направлении под воздействием давления рабочей жидкости, пробойник снабжен гидромониторным каналом с обратным клапаном, при этом в верхней части корпуса перфоратора установлен гидропривод, корпус которого выполнен в виде цилиндра, перфоратор и гидропривод соединены друг с другом корпусами и зафиксированы в скважине посредством пакера с якорем, а полости корпусов сообщены друг с другом, в полости цилиндра размещены взаимодействующие друг с другом плунжер с полым штоком, снабженные переточным каналом, верхняя часть цилиндра выполнена с расширением, верхняя часть полого штока выполнена с возможностью соединения с колонной насосно-компрессорных труб. При этом в нижней части цилиндра гидропривода может быть установлен сбивной клапан.

Description

(57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, к области бурения и эксплуатации скважин, а именно к устройствам для вторичного вскрытия и обработки продуктивных пластов. Заявляемое устройство для гидромеханической перфорации скважин и обработки призабойной зоны пласта содержит устанавливаемый в скважине и взаимодействующий с колонной насосно-компрессорных труб гидромеханический прокалывающий перфоратор, в корпусе которого установлен по меньшей мере один пробойник, выполненный с возможностью перемещения в радиальном направлении под воздействием давления рабочей жидкости, пробойник снабжен гидромониторным каналом с обратным клапаном, при этом в верхней части корпуса перфоратора установлен гидропривод, корпус которого выполнен в виде цилиндра, перфоратор и гидропривод соединены друг с другом корпусами и зафиксированы в скважине посредством пакера с якорем, а полости корпусов сообщены друг с другом, в полости цилиндра размещены взаимодействующие друг с другом плунжер с полым штоком, снабженные переточным каналом, верхняя часть цилиндра выполнена с расширением, верхняя часть полого штока выполнена с возможностью соединения с колонной насосно-компрессорных труб. При этом в нижней части цилиндра гидропривода может быть установлен сбивной клапан.

025373 В1

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, к области бурения и эксплуатации скважин, а именно к устройствам для вторичного вскрытия и обработки продуктивных пластов.

Широко известны устанавливаемые на геофизическом кабеле устройства кумулятивной перфорации и обработки призабойной зоны пласта методом создания депрессии с использованием струйной установки, требующие переналадки и дополнительных спуско-подъемных операций (КИ 2213277, 27.09.2003. КИ 1572084, 20.11.1996 и КИ 1570384, 10.05.1996), либо методом имплозии (КИ 2211313, 27.08.2003. КИ 3131512, 10.06.1999. КИ 2072421, 27.01.1997). При этом более эффективным является второй метод, использующий устройства достаточно простой конструкции, содержащие кумулятивный перфоратор и соединенную с ним одну или несколько имплозионных камер, которые обеспечивают перфорацию скважины при срабатывании кумулятивных зарядов и имплозионное воздействие на призабойную зону пласта в момент окончания перфорации с отбором скважинной жидкости в камеры.

Недостаток всех указанных устройств заключается в том, что вскрытие и последующая обработка призабойной зоны пласта (ПЗП) одного интервала в скважине осуществляется только один раз, т.к. после каждого цикла обработки требуется замена элементов устройства. Устройства имеют техническую ограниченность по применению в сочетании с иными перфораторами, за исключением кумулятивных (взрывных) перфораторов, существенным недостатком которых является высокая опасность их использования в нефтяных и газовых скважинах.

В настоящее время для перфорации скважин широкое распространение получили высокоэффективные гидромеханические перфораторы многоразового использования, устанавливаемые в скважине на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ). Они могут иметь различные типа и формы рабочих органов с гидромониторными каналами и насадками, которые обеспечивают гидродинамический размыв каверн в заколонном пространстве скважины высокоскоростными струями рабочей жидкости (ЕР 010346, 29.08.2008. КИ 2487990, 20.07.2013. КИ 2457318, 27.03.2012. КИ 2403380, 10.11.2010. КИ 2282714, 27.08.2006. КИ 2247226, 27.02.2005, полезные модели КИ 124921, 20.02.2013. КИ 120702, 18.09.2012. КИ 115002, 16.11.2011. КИ 102676, 10.03.2011. КИ 60132, 10.01.2007).

Общим недостатком указанных устройств является то, что частицы цементного камня и горной породы, образующиеся при гидромониторном размыве, устремляются вглубь пласта и забивают (кольматируют) флюидопроводящие каналы, тем самым ухудшая фильтрационные свойства пласта.

Известные технологии обработки продуктивных пластов с применением гидромеханических перфораторов предусматривают, как правило, последовательный спуск в скважину устройств для проведения каждого этапа работ по интенсификации притока, при этом каждая технологическая операция в скважине предполагает операции по спуску-подъему соответствующего устройства.

Комплексная обработка продуктивных пластов за одну спуско-подъемную операцию достигается устройством, представляющим собой объединение известных скважинных устройств в многофункциональную установку (полезная модель КИ 92466, 20.02.2010 г.) - прототип.

Известное устройство содержит последовательно установленные на колонне НКТ сверху вниз средство для очистки скважины воздействием на пласт методом депрессии - струйный насос, затем пакер, а в нижней части колонны НКТ - гидромеханический прокалывающий перфоратор. Перфоратор выполнен с установленным в корпусе с возможностью перемещения в радиальном направлении под воздействием давления рабочей жидкости пробойником (пробойниками), имеющим гидроканал (гидроканалы), через который осуществляется направленная подача по НКТ жидкости вскрытия для образования каверн в продуктивных пластах, а также жидкости для кислотной обработки (химреагентов).

Размещение на колонне НКТ отдельных корпусных устройств, каждый из которых последовательно и независимо выполняет свою функцию (в соответствии с технологическим процессом), а также необходимость использования насосного агрегата высокого давления для перфорации и работы струйного насоса, делает установку громоздкой и металлоемкой. Независимые процессы осуществляют с переналадкой: изначально - перфорация скважины с гидромониторным намывом каверн, затем последующая распакеровка пакера, и только потом - обработка пласта струйным насосом. Образованный при намыве каверн на репрессии кольматант проникает в пласт глубоко и требует достаточно больших затрат времени на дальнейшие манипуляции со струйным насосом, при этом сдавливающее усилие горной породы существенно затрудняет извлечение кольматанта из пласта. Поэтому, помимо увеличения времени на обработку пласта комплексной установкой, также снижается производительность процесса, а также возрастают материальные затраты.

Задача, положенная в основу изобретения, заключается в создании компактного и надежного устройства, позволяющего исключить использование насосного агрегата высокого давления и повысить эффективность комплексной обработки продуктового пласта.

Технический результат заключается в повышении производительности устройства при снижении материальных затрат за счет создания репрессий и депрессий методом имплозии с использованием энергии гидравлического удара падающего столба жидкости для перфорации скважины и энергии импульса давления, создаваемых имплозионной камерой, как для перфорации, так и для обработки призабойной зоны пласта (ПЗП).

Заявленный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство для гидромеха- 1 025373 нической перфорации скважин и обработки призабойной зоны пласта содержит устанавливаемый в скважине и взаимодействующий с колонной насосно-компрессорных труб гидромеханический прокалывающий перфоратор, в корпусе которого установлен по меньшей мере один пробойник, выполненный с возможностью перемещения в радиальном направлении под воздействием давления рабочей жидкости, пробойник снабжен гидромониторным каналом с обратным клапаном, при этом в верхней части корпуса перфоратора установлен гидропривод, корпус которого выполнен в виде цилиндра, перфоратор и гидропривод соединены друг с другом корпусами и зафиксированы в скважине посредством пакера с якорем, а полости корпусов сообщены друг с другом, в полости цилиндра размещены взаимодействующие друг с другом плунжер с полым штоком, снабженные переточным каналом, верхняя часть цилиндра выполнена с расширением, верхняя часть полого штока выполнена с возможностью соединения с колонной насоснокомпрессорных труб.

При этом в предлагаемом устройстве для гидромеханической перфорации и обработки призабойной зоны пласта, которое содержит устанавливаемый в скважине и взаимодействующий с колонной насоснокомпрессорных труб гидромеханический прокалывающий перфоратор, в корпусе которого установлен по меньшей мере один пробойник, выполненный с возможностью перемещения в радиальном направлении под воздействием давления рабочей жидкости, пробойник снабжен гидромониторным каналом с обратным клапаном, при этом в верхней части корпуса перфоратора установлен гидропривод, корпус которого выполнен в виде цилиндра, перфоратор и гидропривод соединены друг с другом корпусами и зафиксированы в скважине посредством пакера с якорем, а полости корпусов сообщены друг с другом, в полости цилиндра размещены взаимодействующие друг с другом плунжер с полым штоком, снабженные переточным каналом, верхняя часть цилиндра выполнена с расширением, верхняя часть полого штока выполнена с возможностью соединения с колонной насосно-компрессорных труб, в нижней части цилиндра корпуса гидропривода может быть установлен сбивной клапан.

Наличие гидропривода, жестко соединенного с верхней частью корпуса перфоратора и сообщенного с ним, выполнение корпуса гидропривода в виде цилиндра, в полости которого размещены полый шток, взаимодействующий с плунжером, размещение переточного канала, предпочтительно, в непосредственной близости от места соединения полого штока и плунжера, например в нижней части полого штока или в теле плунжера, наличие в верхней части корпуса цилиндра расширения, соединение гидропривода с НКТ посредством верхней части полого штока, фиксация устройства в скважине посредством пакера с якорем, исключающего возможность осевого перемещения перфоратора с гидроприводом в процессе вскрытия эксплуатационной колонны и обработки ПЗП в совокупности с остальными признаками заявляемого устройства обеспечивают новизну и изобретательский уровень заявленного технического решения.

Переточный канал, расположенный предпочтительно в непосредственной близости от места соединения полого штока и плунжера, выполняет функцию сообщения полости насосно-компрессорных труб со штоковой полостью плунжера. Наличие в верхней части цилиндра предпочтительно кольцевого расширения необходимо для сообщения штоковой и безштоковой полостей плунжера при заходе плунжера в него.

Соединение верхней части полого штока с колонной насосно-компрессорных труб обеспечивает возможность синхронного перемещения НКТ и плунжера гидропривода.

Наличие в нижней части цилиндра между пробойником и плунжером по меньшей мере одного сбивного клапана обеспечивает возможность сообщения ПЗП с колонной насосно-комнрессорных труб (НКТ) при его открытии.

Заявляемая совокупность существенных признаков является необходимой и достаточной для достижения заявленного технического результата и обеспечивает осуществимость заявленного изобретения.

Заявляемое изобретение поясняется на примере выполнения устройства с двумя пробойниками. На фиг. 1 схематично изображен общий вид устройства по варианту №1. На фиг. 2 схематично изображен общий вид устройства, дополнительно содержащего сбивные клапаны.

Устройство содержит гидропривод, корпус которого выполнен в виде цилиндра 1, и представляет собой имплозионную камеру многоразового действия с плунжером 2, соединенным полым штоком 3 через муфту 4 с НКТ. В нижней части полого штока 3 выполнен переточный канал 5, сообщающий полости НКТ, полого штока 3 и цилиндра 1 над плунжером 2, и посадочное седло 6 для шара-клапана (на чертежах не показан), сбрасываемого в НКТ для перекрытия переточного канала 5. Переточный канал 5 может быть выполнен в теле плунжера 2 в месте соединения с полым штоком 3. В верхней части цилиндра 1 выполнено кольцевое расширение 7, а в нижней части цилиндра 1 - сбивные клапаны 8 (фиг. 2) для сообщения межтрубного пространства скважины со штоковой полостью цилиндра 1 в случае его открывания. Под плунжером 2 в корпусе перфоратора 15 установлены два перемещающихся в радиальном направлении пробойника 9, в гидромониторных каналах 10 которых встроены обратные клапана 11. Устройство снабжено пакером с якорем 12 для его фиксации в эксплуатационной колонне 13 скважины и изоляции межтрубной жидкости, а также дополнительным пакером 14, изолирующим обрабатываемый интервал от остальных.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Устройство, закрепленное на колонне НКТ, спускают в скважину к заданному интервалу перфора- 2 025373 ции и заполняют НКТ необходимым объемом рабочей жидкости (кислотные растворы, углеводородные растворители, ПАВ и т.д.). Известным способом распакеровывают пакер с якорем 12 и пакер 14, фиксируя устройство от осевых перемещений и изолируя межтрубное пространство. Затем начинают поднимать НКТ, которые увлекают за собой связанные с ними полый шток 3 с плунжером 2. При движении плунжера 2 вверх в безштоковой полости цилиндра 1 создается разряжение, т.к. приток скважинной жидкости перекрыт обратными клапанами 11 пробойников 9. В то же время давление в штоковой полости цилиндра 1 соответствует гидростатическому давлению в НКТ. Поэтому перепад давлений над и под плунжером 2 достигает значений в сотни атмосфер. Как только плунжер 2 входит в кольцевое расширение 7 цилиндра 1, под действием перепада давления рабочая жидкость устремляется вниз. При этом перепад давления ускоряет поток жидкости, и при встрече с поршнями пробойников 9 он обладает высокой скоростью (до 100 м/с) и значительным ударным импульсом (кинетическая энергия падающей жидкости переходит в энергию гидроудара и достигает значений в сотни атмосфер). В результате этого пробойники 9 формируют отверстия в эксплуатационной колонне 13, открываются обратные клапаны 11 и рабочая жидкость, устремляясь в заколонное пространство через гидромониторные каналы 10, воздействует на пласт импульсом высокого давления, что приводит к образованию сети трещин в ПЗП. Затем отпускают колонну НКТ, и она перемещается вниз под собственным весом, составляющим десятки тонн (в зависимости от глубины скважины), до сбивного клапана 8 (фиг. 2). В результате этого находящаяся под плунжером жидкость продавливается через гидромониторные каналы 10 в ПЗП, дополнительно размывая цементный камень и горную породу. При последующем подъеме НКТ под плунжером 2 вновь создается разряжение, под действием которого срабатывают обратные клапана 11, пробойники 9 втягиваются в исходное положение и цикл повторяют необходимое количество раз. Затем устройство поднимают на следующий интервал перфорации и повторяют указанный процесс. По окончании перфорации с гидроимпульсной обработкой всех интервалов полости НКТ и штока полностью опорожнены и в них находится воздух под атмосферным давлением (Р=1 атм.), тогда как в ПЗП под пакером с якорем 12 давление составляет десятки и сотни атмосфер. Для предотвращения возможного выхода жидкости из НКТ в них сбрасывают шар-клапан, который садится в седло 6. Для очистки обрабатываемой ПЗП колонну НКТ перемещают ниже уровня расположения сбивных клапанов 8 (фиг. 2), в результате чего плунжер 2 срезает их, сообщая полости скважины, под пакером с якорем 12 и НКТ, происходит стремительный отток жидкости из пласта через штоковую полость цилиндра 1, шток 3 в НКТ, создается глубокая депрессия на пласт и ПЗП очищается от продуктов реакции и кольматанта. Количество пробойников, каждый из которых направлен под необходимым углом относительно друг друга, определяется требуемым числом каналов по окружности скважины для вскрытия пласта за один цикл.

Возможно исполнение устройства, функцию штока в котором выполняет обработанная нижняя насосно-компрессорная труба, имеющая переточный канал в месте соединения с плунжером.

Использование заявляемого устройства позволяет повысить производительность устройства за счет наличия гидропривода, выполненного в виде цилиндра, содержательная часть которого позволяет отказаться от использование насосного агрегата высокого давления. Это одновременно позволяет снизить материальные затраты за счет создания репрессий и депрессий методом имплозии с использованием энергии гидравлического удара падающего столба жидкости для перфорации скважины и энергии импульса давления, создаваемых имплозионной камерой, как для перфорации, так и для обработки призабойной зоны пласта.

Claims (2)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство для гидромеханической перфорации скважин и обработки призабойной зоны пласта содержит устанавливаемый в скважине и взаимодействующий с колонной насосно-компрессорных труб гидромеханический прокалывающий перфоратор, в корпусе которого установлен по меньшей мере один пробойник, выполненный с возможностью перемещения в радиальном направлении под воздействием давления рабочей жидкости, пробойник снабжен гидромониторным каналом с обратным клапаном, отличающееся тем, что в верхней части корпуса перфоратора установлен гидропривод, корпус которого выполнен в виде цилиндра, перфоратор и гидропривод соединены друг с другом корпусами и зафиксированы в скважине посредством пакера с якорем, а полости корпусов сообщены друг с другом, в полости цилиндра размещены взаимодействующие друг с другом плунжер с полым штоком, снабженным переточным каналом, верхняя часть цилиндра выполнена с расширением, верхняя часть полого штока выполнена с возможностью соединения с колонной насосно-компрессорных труб.
2. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нижней части цилиндра гидропривода установлен сбивной клапан.