EA027865B1 - Устройство для перфорации скважин и гидроразрыва пласта - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, к области бурения и эксплуатации скважин, а именно к устройствам для вторичного вскрытия и гидроразрыва призабойной зоны пласта в нефтегазовых скважинах. Устройство для перфорации скважин и гидроразрыва пласта содержит соединенную с колонной НКТ, имплозионную камеру (1) многоразового действия, выполненную в виде цилиндра. Имплозионная камера (1) имеет расширение (2) в ее верхней части и расширение (3) в ее нижней части. В имплозионной камере (1) размещен плунжер (4), соединенный со штоком (5), взаимодействующий со штангами (6). На штоке (5) размещен запорный клапан (7), устанавливаемый в посадочное седло (8), выполненное между НКТ и расширением (2) в верхней части имплозионной камеры (1). К нижней части имплозионной камеры (1) присоединен клин (9) перфоратора, между которыми установлен запорный клапан (10) и выполнены переточные каналы (11). На рабочих плоскостях клина (9), через соединение "ласточкин хвост" либо Т-образное соединение, размещены пробойники (12), которые установлены в пазах опоры (13), выполненной в виде скважинного якоря, плашки (14) которого фиксируют ее перемещение вниз скважины, после контакта их с внутренней стенкой обсадной колонны (15). В пробойниках (12) выполнен по меньшей мере один канал (16). На поверхности основания пробойников (12) для лучшей герметичности могут быть выполнены уплотнительные элементы (17), например, из полиуретана, резины и т.д. Техническим результатом является создание депрессии на ПЗП в любом необходимом количестве раз.

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, к области бурения и эксплуатации скважин, а именно к устройствам для вторичного вскрытия и гидроразрыва призабойной зоны пласта в нефтегазовых скважинах.

Широко известны устанавливаемые на геофизическом кабеле устройства кумулятивной перфорации и обработки призабойной зоны пласта методом имплозии (КИ 2211313, 27.08.2003; КИ 3131512, 10.06.1999; КИ 2072421, 27.01.1997). Недостаток всех указанных устройств заключается в том, что вскрытие и последующая обработка призабойной зоны пласта (ПЗП) отдельного интервала в скважине осуществляется только один раз, так как 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.

Также известно устройство для создания перфорационных каналов в скважине, устанавливаемое на колонне насосно-компрессорных труб, включающее корпус, клин с пазом, гидроцилиндр и по меньшей мере один рабочий орган с гидромониторным каналом, размещенным в пазу опоры и клина с возможностью радиального возвратно-поступательного перемещения, при этом клин установлен над поршнем гидроцилиндра, на котором закреплена опора рабочего органа, а подпоршневая полость сообщена посредством трубок с гидромониторным каналом рабочего органа и надклиновой полостью подачи рабочей жидкости (патент на изобретение КИ № 2521427, опубл. 27.06.2014).

Наиболее близким техническим решением, выбранным заявителем в качестве прототипа, является устройство для гидромеханической перфорации скважин и гидроимпульсной обработки продуктивных пластов, в котором используется импульс гидроудара, создаваемый имплозионной камерой. Устройство 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 запорным клапаном, при этом в верхней части корпуса перфоратора установлен гидропривод, выполненный в виде имплозионной камеры (цилиндра), внутри которой имеет возможность перемещаться плунжер, в устройстве имеется переточный канал, верхняя часть имплозионной камеры выполнена с расширением (ЕА № 2013301096 (А1), 30.04.2015).

К недостаткам прототипа следует отнести то, что конструкция устройства не позволяет сформировать качественные флюидопроводящие каналы в призабойной зоне пласта (ПЗП) в связи с тем, что создание депрессии на пласт для извлечения из него кольматанта осуществляется один раз. Кроме того, для концентрации импульса гидроудара при создании репрессии на ПЗП, используется отдельный узел - пакер или пакеры, которые усложняют конструкцию устройства.

Техническая задача изобретения заключается в улучшении фильтрационных свойств ПЗП и упрощении конструкции устройства.

Достигаемый технический результат - создание депрессии на ПЗП более одного раза.

Техническая задача достигается тем, что устройство для перфорации скважин и гидроразрыва пласта содержит устанавливаемый в скважине и взаимодействующий с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) гидромеханический прокалывающий перфоратор по меньшей мере с одним пробойником, снабженным по меньшей мере одним каналом, в верхней части перфоратора установлена имплозионная камера, выполненная в виде цилиндра с расширением в верхней части, внутри которой размещен плунжер с возможностью его перемещения. Особенностью заявляемого устройства является то, что дополнительно имплозионная камера имеет расширение в нижней части, вверху и внизу имплозионной камеры размещены запорные клапаны, плунжер соединен штоком со штангами, расположенными внутри колонны НКТ, перфоратор представляет собой клин, жестко связанный с имплозионной камерой и снабженный переточным каналом, в нижней части клина имеется опора в виде скважинного якоря, по меньшей мере один пробойник установлен на опоре и имеет возможность перемещения по рабочей плоскости клина до совмещения переточного канала клина с гидромониторным каналом пробойника.

На основании пробойника может быть расположен уплотнительный элемент.

Заявляемый перфоратор позволяет использовать основание пробойника для концентрации импульса гидроудара.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими признаками:

дополнительно имплозионная камера имеет расширение в нижней части; вверху и внизу имплозионной камеры размещены запорные клапаны; плунжер соединен штоком со штангами, расположенными внутри колонны НКТ; перфоратор представляет собой клин;

клин жестко связан с имплозионной камерой и снабжен переточным каналом; в нижней части клина имеется опора, выполненная в виде скважинного якоря;

по меньшей мере один пробойник установлен на опоре и имеет возможность перемещения по рабочей плоскости клина до совмещения переточного канала клина с гидромониторным каналом пробойника;

- 1 027865 на основании пробойника расположен уплотнительный элемент.

Поэтому можно предположить, что заявляемое техническое решение соответствует критерию новизна.

Заявляемое устройство может быть выполнено на стандартном оборудовании с использованием известных технологических процессов, поэтому оно соответствует критерию промышленная применимость.

Производительность устройства в эксплуатации повышается за счет использования жестко соединенного со штангами штока, на котором размещен плунжер с возможностью его осевого перемещения вверх и вниз вдоль оси имплозионной камеры. Выполнение запорных клапанов с двух сторон имплозионной камеры позволяют создавать разряжение над и под плунжером, что приводит к возникновению депрессии и репрессии в ПЗП. Простота заявляемой конструкции устройства не требует использования пакеров для концентрации импульса гидроудара для гидроразрыва пласта. Указанная концентрация импульса гидроудара достигается за счет эффекта расклинивания пробойников размещенных на рабочих плоскостях клина перфоратора, что позволяет герметизировать зазор между основанием пробойников и внутренней стенкой обсадной колонны. Выполнение опоры для пробойников в виде скважинного якоря фиксирует ее от осевого перемещения вниз скважины, что позволяет использовать вес подвески НКТ для перфорации обсадной колонны.

При проведении патентно-информационных исследований заявляемая совокупность признаков выявлена не была, а достигаемый технический результат является неочевидным. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретательский уровень.

Перфоратор может иметь один пробойник, взаимодействующий с одной рабочей поверхностью клина.

На фигурах схематично изображен перфоратор с двумя пробойниками.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства в транспортном положении.

На фиг. 2 изображен общий вид устройства при создании репрессии на пласт.

На фиг. 3 изображен общий вид устройства при создании депрессии на пласт.

На фиг. 4 изображен уплотнительный элемент на основании пробойника.

Заявляемое устройство содержит соединенную с колонной НКТ, имплозионную камеру 1 многоразового действия, выполненную в виде цилиндра, имеющую расширение 2 в ее верхней части и расширение 3 в ее нижней части. В имплозионной камере 1 размещен плунжер 4, соединенный со штоком 5, взаимодействующий со штангами 6. На штоке 5 размещен запорный клапан 7, устанавливаемый в посадочное седло 8, выполненное между НКТ и расширением 2 в верхней части имплозионной камеры 1. К нижней части имплозионной камеры 1 присоединен клин 9 перфоратора, между которыми установлен запорный клапан 10 и выполнены переточные каналы 11. На рабочих плоскостях клина 9, через соединение ласточкин хвост либо Т образное соединение, размещены пробойники 12, которые установлены в пазах опоры 13, выполненной в виде скважинного якоря, плашки 14 которого фиксируют ее перемещение вниз скважины, после контакта их с внутренней стенкой обсадной колонны 15. В пробойниках 12 выполнен по меньшей мере один канат 16. На поверхности основания пробойников 12, для лучшей герметичности, могут быть выполнены уплотнительные элементы 17, например, из полиуретана, резины и т.д. (фиг. 4).

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Устройство на колонне НКТ спускают в скважину к заданному интервалу перфорации и обработки ПЗП, затем внутреннюю полость НКТ и имплозионной камеры 1 заполняют рабочей жидкостью (кислотные растворы, углеводородные растворители, проппант и т.д.). После чего, в нижнюю часть имплозионной камеры 1 на штоке 5, закрепленном со штангами 6, спускают плунжер 4. Запорный клапан 7, размещенный на штоке 5, садится в посадочное седло 8. Известным способом устанавливают якорь опоры 13, плашки 14 которого, взаимодействуя с внутренней стенкой обсадной колонны 15, фиксируют осевое перемещение опоры 13 вниз скважины. Затем освобождают подвеску колонны НКТ, вес которой, составляя десятки тон, воздействует на клин 9, перемещая его вниз. При перемещении клина 9, пробойники 12, скользят по его рабочим плоскостям от острия к основанию и радиально по пазам опоры 13, прокалывают обсадную колонну 15. При этом переточные каналы 11 клина 9 и каналы 16 пробойников 12 совмещаются. После чего плунжер 4 начинают перемещать вверх, создавая разряжение в его бесштоковой полости, так как приток скважинной жидкости перекрыт запорным клапаном 10. Как только плунжер 4 входит в расширение 2 имплозионной камеры 1, он, упираясь, открывает клапан 7 и под действием перепада давления над и под плунжером 4, рабочая жидкость устремляется вниз. При этом перепад давления ускоряет поток жидкости и при встрече ее с запорным клапаном К). Указанный поток жидкости обладает высокой скоростью и значительным ударным импульсом (кинетическая энергия падающего столба жидкости переходит в энергию гидроудара и достигает значений в сотни атмосфер). В результате этого запорный клапан 10 открывается и жидкость через каналы 11 и 16 с большой скоростью, устремляется в заколонное пространство, а основание пробойников 12 блокирует рассеивание импульса гидроудара от его выхода в ствол скважины и происходит гидроразрыв пласта. Затем плунжер 4 перемещают вниз, запорный клапан 7 садится в посадочное седло 8, перекрывая тем самым приток жидкости из НКТ,

- 2 027865 и в штоковой полости плунжера 4 создается разряжение. Как только плунжер входит в расширение 3 имплозионной камеры 1, он, отжимая, открывает запорный клапан 10 и пластовая жидкость вместе с кольматантом устремляется в имплозионную камеру 1 и в полость НКТ. Затем циклы по обработке ПЗП, в данном интервале, создавая репрессию и депрессию, повторяют необходимое количество раз (осуществляя, так называемый, эффект ватуза). После обработки данного интервала устройство на НКТ перемещают вверх для перфорации и обработки ПЗП в следующем интервале. При этом пробойники 12, смещаясь от основания к острию клина 9 за счет их жесткого соединения с его рабочими плоскостями, извлекаются из колонны 15, занимая исходное, транспортное положение. Плашки 14 при перемещении устройства вверх скользят по внутренней поверхности обсадной короны 15. При достижении пробойниками 12 следующего интервала перфорации и обработки ПЗП, НКТ опускают вниз. При этом плашки 14 якоря фиксируют опору от ее перемещения вниз и цикл повторяют. По окончании перфорации и обработки всех интервалов заявляемое устройство извлекают из скважины.

Простая конструкция заявляемого устройства позволяет улучшить фильтрационные свойства пласта за счет создания депрессии на его призабойную зону любое необходимое количество раз, а также исключить использования пакеров, для обеспечения концентрации импульса гидроудара при гидроразрыве пласта.

Claims (2)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство для перфорации скважин и гидроразрыва пласта содержит устанавливаемый в скважине и взаимодействующий с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) гидромеханический прокалывающий перфоратор по меньшей мере с одним пробойником, снабженным по меньшей мере одним каналом, в верхней части перфоратора установлена имплозионная камера, выполненная в виде цилиндра с расширением в верхней части, внутри которой размещен плунжер с возможностью его перемещения, отличающееся тем, что дополнительно имплозионная камера имеет расширение в нижней части, вверху и внизу имплозионной камеры размещены запорные клапаны, плунжер соединен штоком со штангами, расположенными внутри колонны НКТ, перфоратор представляет собой клин, жестко связанный с имплозионной камерой и снабженный переточным каналом, в нижней части клина имеется опора в виде скважинного якоря, по меньшей мере один пробойник установлен на опоре и имеет возможность перемещения по рабочей плоскости клина до совмещения переточного канала клина с гидромониторным каналом пробойника.
2. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на основании пробойника расположен уплотнительный элемент.