EA028674B1 - Устройство для перфорации скважины и обработки призабойной зоны пласта (варианты) - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для вторичного вскрытия пласта созданием перфорационных каналов в скважине и обработки призабойной зоны пласта. Устройство для перфорации скважины и обработки призабойной зоны пласта содержит корпус 1, соединенный с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ). В корпусе 1 на верхнем и нижнем уровнях размещены поршни 2 и 3 соответственно, каждый из которых снабжен породоразрушающими инструментами 4 и 5, способными прокалывать обсадную колонну 6 путем радиального перемещения поршней 2 и 3 от оси корпуса 1 под давлением рабочей жидкости, которая подводится по каналам 9. Поршни 2 и 3 повернуты друг относительно друга (повернуты на 180°). В породоразрушающем инструменте 5 выполнены переточные каналы 8 для прохода рабочей жидкости в зону перфорации, которые снабжены запорными клапанами 10, выполненные с возможностью перекрытия и открытия переточных каналов 8. Переточные каналы 8 для прохода рабочей жидкости сообщены с разнонаправленными гидромониторными отверстиями 7. Устройство по варианту 2 выполняется аналогично варианту 1, но в корпусе размещено четыре поршня, которые соединены попарно на каждом уровне - нижнем и верхнем, и повернуты друг относительно друга на 90°, одна пара поршней снабжена переточными каналами 8, которые снабжены запорными клапанами 10 и сообщены с разнонаправленными гидромониторными отверстиями 7. Технический результат - исключение риска заколонного перетока путем оттока избыточного объема рабочей жидкости через технологические отверстия в обсадной колонне скважины.

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для вторичного вскрытия пласта созданием перфорационных каналов в скважине и обработки призабойной зоны пласта.

Известно устройство для перфорации скважин (патент на полезную модель РФ № 92088, опубл. 10.03.2010 г.), которое содержит корпус, соединенный с насосно-компрессорными трубами (НКТ). Пробойники установлены с возможностью перемещения в радиальном направлении в результате создания давления рабочей жидкости. Мультипликатор для преобразования давления рабочей жидкости выполнен в виде установленных последовательно цилиндров, поршень последнего из которых по ходу кинематически связан с гидравлическим распределителем потока с возможностью его переключения для передачи давления рабочей жидкости для перемещения пробойников и прокола колонны, а также возврата их в исходное положение. Пробойники установлены в цилиндрах, имеющих штоковую и бесштоковую полости, а гидравлический распределитель соединен с ними каналами с возможностью поочередного соединения их с мультипликатором и с внутренней полостью колонны. Пробойники могут быть размещены по окружности корпуса равномерно с угловым смещением. Технический результат состоит в увеличении простоты конструкции перфоратора при обеспечении гарантированного возврата пуансонов за счет использования гидравлического распределителя потока, а также в создании необходимого и достаточного усилия для формирования отверстий в эксплуатационных колоннах различной твердости и толщины стенок

Недостатком данного устройства является необходимость иметь большое давление для создания требующихся усилий на рабочем поршне. Так как необходимых давлений в 1000-1500 кг/см² насосы не создают, приходится ставить усилительный поршень со штоком (мультипликатор), увеличивающий давление пропорционально отношению площадей поршня и штока. При этом возникают непреодолимые проблемы уплотнения движущихся частей от супердавлений. Кроме того, инструмент не обеспечивает достаточной глубины прокалывания породы.

Наиболее близким техническим решением, выбранным заявителем в качестве прототипа, является прокалывающий перфоратор для нефтяных и газовых скважин, содержащий корпус с каналами для подвода рабочей жидкости, поршень, помещенный в корпусе, породоразрушающий инструмент, расположенный на поршне, и насос для подачи рабочей жидкости, корпус и поршень выполнены в виде эквидистантных цилиндров, образованных направляющими в виде эллипсов или прямоугольников, или синусоид или сочетанием этих направляющих, при этом поршень выполнен с возвратными пружинами, а корпус в подпоршневом пространстве выполнен со сквозными отверстиями, имеющими меньшее сечение, чем сечение канала для подвода рабочей жидкости; перфоратор содержит дополнительные поршни, при этом основной и дополнительные поршни взаимосвязаны и имеют разную форму; породоразрушающий инструмент выполнен с отверстиями для прохода рабочей жидкости в зону перфорации и ее выхода из зоны перфорации (патент на изобретение РФ № 2070959, опубл. 27.12.1996 г.).

Недостатками прототипа является то, что при гидромониторной обработке призабойной зоны пласта (ПЗП) возникает риск обводнения продуктивного (нефтяного) пласта, т.к. применяемый для этого насос подает рабочую жидкость в перфоратор с производительностью 17-20 л/с, в течении 5-10 мин, необходимых для размыва каверны за обсадной колонной после ее прокола для сообщения скважины с пластом. Поскольку в первый момент струя рабочей жидкости не способна размывать цементный камень и прилегающую горную породу, т.к. для нее необходим, так называемый, разгон, поскольку гидромониторные отверстия в породоразрушающем инструменте вплотную упирается в цементный камень. Поэтому пласт не может принимать эту жидкость, а отток ее в скважину также невозможен, поскольку поршень, на котором установлен этот инструмент, упирается во внутреннюю стенку обсадной колонны и блокирует выход жидкости. Из-за этого жидкость устремляется по пути наименьшего сопротивления, т.е. по самому слабому участку, каковым является место сцепления цемента со стенкой обсадной колонны. В результате происходит (так называемый) заколонный переток. Поскольку водоносные и продуктивные пласты могут находиться близко друг к другу и изолируются друг от друга цементным кольцом, то полученный заколонный переток обводнит продуктивный пласт. Еще одним недостатком является то, что на устье скважины сложно проконтролировать момент прокола обсадной колонны т.к. на это уходит 2-3 с. Так же существенным недостатком в прототипе является использование пружин для возврата поршня с установленным на нем породоразрушающим инструментом в исходное, транспортное положение, т.к. усилия пружины может быть недостаточно для того, чтобы извлечь инструмент из колонны.

Техническая задача заявляемого изобретения направлена на то, чтобы исключить разрушение цементного кольца выше и ниже интервала перфорации.

Технический результат - исключение риска заколонного перетока путем формирования каналов, сообщающих скважину с пластом с возможностью отводить избыточный объем рабочей жидкости в скважину через технологические отверстия в обсадной колонне скважины.

Техническая задача достигается тем, что устройство для перфорации скважины и обработки призабойной зоны пласта по варианту 1 содержит корпус с каналами для подвода рабочей жидкости, поршни, размещенные в корпусе и имеющие возможность радиального перемещения от его оси, поршни снабжены породоразрушающими инструментами, отличающееся тем, что в корпусе размещены два поршня,

- 1 028674 которые расположены на двух уровнях и повернуты друг относительно друга, в одном поршне выполнен, по меньшей мере, один запорный клапан, а в его породоразрушающем инструменте выполнен по меньшей мере один переточный канал для прохода рабочей жидкости в зону перфорации, который сообщен с гидромониторными отверстиями, направленными в разные стороны, а указанный запорный клапан выполнен с возможностью перекрывать и открывать указанный переточный канал в породоразрушающем инструменте.

Техническая задача достигается тем, что устройство для перфорации скважины и обработки призабойной зоны пласта по варианту 2 содержит корпус с каналами для подвода рабочей жидкости, поршни, размещенные в корпусе и имеющие возможность радиального перемещения от его оси, поршни снабжены породоразрушающими инструментами, отличающееся тем, что в корпусе на двух уровнях размещены четыре поршня, которые, расположены попарно на каждом уровне, поршни каждого уровня повернуты друг относительно друга, в одной паре поршней выполнены запорные клапаны, а в их породоразрушающих инструментах выполнены переточные каналы для прохода рабочей жидкости в зону перфорации, которые сообщены с гидромониторными отверстиями, направленными в разные стороны, а запорные клапаны выполнены с возможностью перекрывать и открывать переточные каналы в породоразрушающих инструментах.

Согласно первому варианту осуществления заявляемого изобретения в корпусе может быть установлено два поршня, при этом на каждом уровне размещено по одному поршню - один на верхнем, а второй на нижнем уровне. В породоразрушающем инструменте поршня выполнен по меньшей мере один переточный канал для прохода рабочей жидкости в зону перфорации, который запирается и открывается посредством запорного клапана, и сообщен с гидромониторными отверстиями, направленными в разные стороны, при этом поршень может быть размещен на нижнем или верхнем уровнях.

Согласно второму варианту осуществления заявляемого изобретения в корпусе может быть установлено четыре поршня, при этом на каждом уровне поршни соединены попарно. При этом одна пара поршней размещена на верхнем уровне, а вторая пара - на нижнем уровне. Одна пара поршней выполнена с запорными клапанами, в породоразрушающих инструментах которых выполнены переточные каналы для прохода рабочей жидкости в зону перфорации и сообщающиеся с гидромониторными отверстиями, направленными в разные стороны. Указанная пара поршней может быть размещена в корпусе в его нижнем или верхнем уровнях.

Поршни предпочтительно выполнены овальными в поперечном сечении, что позволяет увеличить его рабочую площадь для создания необходимого усилия для перфорации обсадной колонны на низком давлении 50-100 кгс/см², создаваемом насосным агрегатом.

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

поршни в корпусе расположены на двух уровнях; поршни повернуты друг относительно друга;

в одном из поршней выполнен по меньшей мере один запорный клапан, который имеет возможность перекрывать и открывать соответствующий переточный канал, выполненный в его породоразрушающем инструменте (вариант 1) или в одной паре поршней, выполнены запорные клапаны, которые имеют возможность перекрывать и открывать переточные каналы в их породоразрушающих инструментах (вариант 2);

переточные каналы сообщены с гидромониторными отверстиями, направленными в разные стороны.

Сравнение заявляемого изобретения с прототипом показывает, что оно имеет конструктивные признаки, отличающие его от прототипа. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию новизна.

В науке и технике не выявлена совокупность признаков заявляемого технического решения, позволяющая решить давно существующую проблему заколонного перетока и обводнения продуктивного пласта. Неочевидность заявляемого устройства обусловлена получением нового технического результата, заключающегося в исключении риска получения заколонного перетока путем формирования каналов, сообщающих скважину с пластом. Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию изобретательский уровень.

Заявляемые варианты устройства связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Изобретение может быть выполнено на стандартном оборудовании с применением известных конструктивных элементов и способов их сборки. Это позволяет сделать вывод о соответствии критерию промышленная применимость.

Заявляемое изобретение иллюстрируется примерами конкретного выполнения, но не ограничивается ими.

На фиг. 1 схематично изображено устройство в транспортном положении по варианту 1 в разрезе.

На фиг. 2 схематично изображено устройство в рабочем положении по варианту 1 в разрезе.

На фиг. 3 показано поперечное сечение А-А при формировании технологических проколов в обсадной колонне и поперечное сечение В-В при размыве каверн разнонаправленными гидромониторными отверстиями по варианту 1.

- 2 028674

На фиг. 4 схематично изображено устройство в частично осевом разрезе с попарными поршнями по варианту 2.

На фиг. 5 схематично изображено устройство в частично осевом разрезе в рабочем положении по варианту 2.

На фиг. 6 показано поперечное сечение А-А при формировании технологических проколов в обсадной колонне и поперечное сечение В-В при размыве каверн разнонаправленными гидромониторными отверстиями по варианту 2.

Заявляемое устройство содержит корпус 1, соединенный с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ). В корпусе 1 на верхнем и нижнем уровнях размещены поршни 2 и 3 соответственно, каждый из которых снабжен породоразрушающими инструментами 4 и 5, способными прокалывать обсадную колонну 6 путем радиального перемещения поршней 2 и 3 от оси корпуса 1 под давлением рабочей жидкости, которая подводится по каналам 9. Поршни 2 и 3 повернуты друг относительно друга (на приведенных фигурах по варианту 1 поршни 2 и 3 повернуты на 180°). В породоразрушающем инструменте 5 выполнены два переточных канала 8 для прохода рабочей жидкости в зону перфорации, в которых установлены запорные клапаны 10, выполненные с возможностью перекрытия и открытия переточных каналов

8. Переточные каналы 8 для прохода рабочей жидкости соединены с гидромониторными отверстиями 7, которые размещены под углом к переточным каналам 8 и направлены в разные стороны.

По варианту 2 устройство выполняется аналогично примеру 1, но в корпусе размещено 4 поршня, которые соединены попарно на каждом уровне - нижнем и верхнем, и повернуты друг относительно друга на 90°, в их породоразрушающих инструментах 5 выполнено по одному переточному каналу 8 для прохода рабочей жидкости в зону перфорации, в каждом из которых установлены запорные клапаны 10, каждый переточный канал снабжен перпендикулярно расположенными гидромониторными отверстиями 7, направленными в противоположные стороны.

Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом.

Устройство на колонне НКТ спускают в скважину к интервалу перфорации. Затем по НКТ в корпус 1 под давлением подают рабочую жидкость, которая проходя по каналам 9 под поршни 2 и 3, перемещает их в радиальном направлении от оси корпуса 1, а жестко соединенные с поршнями 2 и 3 их породоразрушающие инструменты 4 и 5 формируют проколы в обсадной колонне 6, о чем сигнализирует резкое падение давление на манометре насосного агрегата (не показан). Данный скачек давления происходит из - за того, что в поршне 3 запорные клапаны 10 открывают выход рабочей жидкости из переточных каналов 8 в гидромониторные отверстия 7. Затем давление рабочей жидкости сбрасывают до гидростатического и начинают перемещать устройства вдоль оси скважины вверх на высоту, равную расстоянию между породоразрушающим инструментом 5 и породоразрушающим инструментом 4. Если по меньшей мере один переточный канал 8 с гидромонитоными отверстиями 7 будет выполнен на породоразрушающем инструменте 4 поршня 2, расположенном на верхнем уровне, то перемещение устройства будет производится вниз. Породоразрушающий инструмент 5 с гидромониторными отверстиями 7 оказываются на уровне технологических проколов, образованных породоразрушающим инструментом 4 в обсадной колонне 6. Возможность возврата поршней 2 и 3 в исходное транспортное положение происходит за счет выполнения рабочих плоскостей породоразрушающих инструментов 5 под конус. Затем цикл повторяют, позволяя струям рабочей жидкости, выходящих через гидромониторные отверстия 7, разрушать цементный камень и прилегающую горную породу необходимое количество времени для формирования каверн для сообщения скважины с пластом. При этом избыточный объем жидкости устремляется вовнутрь скважины через ранее сформированные технологические проколы в обсадной колонне 6. Затем давление рабочей жидкости вновь сбрасывают, устройство перемещают на расчетное расстояние. Циклы повторяют необходимое количество раз. После обработки всех интервалов в скважине, прекращают подачу рабочей жидкости в НКТ и устройство извлекают из скважины. При реализации изобретения с одним переточным каналом 8, выполненном в одном породоразрушающем инструменте 5, работа устройства осуществляется аналогично вышеописанной с достижением заявленного технического результата.

В случае применения устройства по варианту 2 с попарными поршнями на каждом уровне, работа устройства осуществляется аналогично варианту 1.

Заявляемое устройство может работать на низком давлении, достаточном для усилия прокола обсадной колонны, за счет выполнения поршней овальной формы в поперечном сечении, позволяющем увеличить его рабочую площадь.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет решить поставленную задачу, исключив вероятность разрушения цементного кольца выше и ниже интервала перфорации и достижение заявленного технического результата - исключить риск заколонного перетока путем оттока избыточного объема рабочей жидкости через технологические отверстия в обсадной колонне скважины.

Claims (8)

1. Устройство для обработки призабойной зоны пласта, содержащее корпус с каналами для подвода рабочей жидкости, поршни, размещенные в корпусе, имеющие возможность радиального перемещения от его оси и снабженные породоразрушающими инструментами, отличающееся тем, что в корпусе размещены два поршня, которые расположены на двух уровнях и повернуты друг относительно друга, в одном поршне выполнен по меньшей мере один запорный клапан, а в его породоразрушающем инструменте выполнены разнонаправленные гидромониторые отверстия и по меньшей мере один переточный канал для прохода рабочей жидкости в зону перфорации, который сообщен с указанными разнонаправленными гидромониторными отверстиями, указанный запорный клапан выполнен с возможностью перекрывать и открывать указанный переточный канал в породоразрушающем инструменте.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, один поршень с запорным клапаном, в породоразрушающем инструменте которого выполнен переточный канал для прохода рабочей жидкости в зону перфорации и сообщающийся с разнонаправленными гидромониторными отверстиями, размещен на нижнем уровне.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что один поршень с запорным клапаном, в породоразрушающем инструменте которого выполнен переточный канал для прохода рабочей жидкости в зону перфорации и сообщающийся с разнонаправленными гидромониторными отверстиями, размещен на верхнем уровне.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поршни выполнены овальными в поперечном сечении.

5. Устройство для обработки призабойной зоны пласта, содержащее корпус с каналами для подвода рабочей жидкости, поршни, размещенные в корпусе, имеющие возможность радиального перемещения от его оси и снабженные породоразрушающими инструментами, отличающееся тем, что в корпусе на двух уровнях размещены четыре поршня, которые расположены попарно на каждом уровне, поршни каждого уровня повернуты друг относительно друга, в одной паре поршней выполнены запорные клапаны, а в их породоразрушающих инструментах выполнены разнонаправленные гидромониторные отверстия и переточные каналы для прохода рабочей жидкости в зону перфорации, которые сообщены с разнонаправленными гидромониторными отверстиями, запорные клапаны выполнены с возможностью перекрывать и открывать переточные каналы в породоразрушающих инструментах.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что по меньшей мере одна пара поршней с запорными клапанами в породоразрушающих инструментах, в которых выполнены переточные каналы для прохода рабочей жидкости в зону перфорации с сообщающимися разнонаправленными гидромониторными отверстиями, размещена на нижнем уровне.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что по меньшей мере одна пара поршней с запорными клапанами в породоразрушающих инструментах, в которых выполнены переточные каналы для прохода рабочей жидкости в зону перфорации с сообщающимися разнонаправленными гидромониторными отверстиями, размещена на верхнем уровне.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что поршни выполнены овальными в поперечном сечении.