EA028831B1

EA028831B1 - Устройство для перфорации скважин и гидроимпульсной обработки призабойной зоны пласта

Info

Publication number: EA028831B1
Application number: EA201600357A
Authority: EA
Inventors: Эльмир Саттарович Кузяев; Сергей Николаевич Шестаков
Original assignee: Эльмир Саттарович Кузяев; Сергей Николаевич Шестаков
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2018-01-31
Also published as: EA201600357A1

Abstract

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, к области бурения и эксплуатации скважин, а именно к устройствам для вторичного вскрытия и гидроимпульсной обработки продуктивных пластов. Устройство содержит гидромеханический прокалывающий перфоратор, соединенный с НКТ, имплозионную камеру 1 многоразового действия, в виде цилиндрического корпуса 2 с расширением 3 в верхней части с плунжером 4, соединенным с канатом 5. К нижней части имплозионной камеры 1 присоединен клин-поршень 6, между которыми размещен запорный клапан 7 и выполнен переточный канал 8. Клин-поршень 6 встроен в корпус гидромеханического перфоратора, выполненного в виде цилиндра 9, в верхней части которого образуется поршневая полость 10, сообщающаяся с внутренней полостью имплозионной камеры 1 и НКТ, через переточный канал 8. В нижней части цилиндра 9 имеется опора 11, на которой установлены пробойники 12, взаимодействующие с рабочими плоскостями клина-поршня 6 через соединение "ласточкин хвост". В клине-поршне 6 выполнены подводящие каналы 13, сообщающие поршневую полость 10 с гидромониторными каналами 14 пробойников 12. При работе в скважинах, требующих большей энергии гидроудара на пробитие обсадной колонны 15, в подводящий канал 13 может устанавливаться переливной клапан 16, который открывает выход рабочей жидкости в гидромониторный канал 14, только после полного перемещения цилиндра 9 вверх. Технический результат - фиксация перфоратора с исключением нежелательных осевых перемещений при его работе в скважине.

Description

028831 Β1

028831

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

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, 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), существенным недостатком которых является высокая опасность их использования в нефтяных и газовых скважинах.

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 РФ № 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 имилозионной камеры (цилиндра), внутри которой имеет возможность перемещаться плунжер, в устройстве имеется переточный канал, верхняя часть имплозионной камеры выполнена с расширением (ЕА № 2013301096 А1, опубл. 30.04.2015).

Недостатками прототипа является то, что при фиксации устройства в скважине от его осевого перемещения во время работы вниз, используется отдельный узел - якорь, для надежной установки которого требуются подготовительные работы по очистки внутренней поверхности обсадной колонны от асфальтосмолопарафиновых отложений, что предусматривает дополнительную спускоподъемную операцию специального оборудования (скрепер, щетки и т.д.). Для концентрации импульса гидроудара на призабойной зоны пласта (ПЗП), используется отдельный узел - пакер или пакеры, что усложняет конструкцию устройства и вызывает неустойчивость его работы.

Техническая задача изобретения заключается в повышении надежности эксплуатации устройства при одновременном упрощении его конструкции.

Достигаемый технический результат - фиксация перфоратора с исключением нежелательных осевых перемещений при его работе в скважине.

Техническая задача достигается тем, что устройство для перфорации скважин и гидроимпульсной 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, в верхней части корпуса перфоратора установлен гидропривод с запорным клапаном, гидропривод представлен имплозионной камерой, выполненной цилиндрической формы с расширением в верхней части, внутри которой размещен плунжер с возможностью его перемещения, в перфораторе выполнен переточный канал, отличается тем, что корпус перфоратора представляет собой цилиндр, в нижней части которого имеется опора, в цилиндре установлен клин-поршень, снабженный по меньшей мере одним подводящим каналом, клин-поршень жестко связан с имплозионной камерой, а между ними встроен запорный клапан, по меньшей мере один пробойник установлен на опоре и имеет возможность перемещения по рабочей плоскости клина-поршня до совмещения подводящего канала клина-поршня по меньшей мере с одним гидромониторным каналом пробойника.

Переточный канал клина-поршня может быть дополнительно снабжен переливным клапаном, который обеспечивает дополнительное усилие для прокола стенок обсадной колонны, выполненной из упрочненной стали.

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

корпус перфоратора представляет собой цилиндр, в нижней части которого имеется опора; в цилиндре установлен клин-поршень, снабженный по меньшей мере одним подводящим каналом; клин-поршень жестко связан с имплозионной камерой;

- 1 028831

между имплозионной камерой и клином-поршнем встроен запорный клапан; пробойник установлен на опоре;

пробойник имеет возможность перемещения по рабочей плоскости клина-поршня до совмещения подводящего канала клина-поршня по меньшей мере с одним гидромониторным каналом пробойника;

цилиндр имеет возможность осевого перемещения относительно клина-поршня.

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".

Надежность устройства в эксплуатации повышается за счет использования эффекта расклинивания, который обеспечивается размещением пробойников на рабочих плоскостях клина-поршня перфоратора, при осевом перемещении которого пробойники раздвигаются радиально от оси перфоратора, формируют отверстия в обсадной колонне, а также фиксируют устройство от его осевого перемещения вниз скважины во время гидроимпульсной обработки ПЗП. Простота заявляемой конструкции устройства позволяет исключить необходимость использования пакеров для концентрации давления на ПЗП, за счет того же эффекта расклинивания, при котором пробойники с гидроканалами выводятся за обсадную колонну, при этом тело самих пробойников блокирует рассеивание импульса гидроудара в скважину, концентрируя его только на ПЗП. При проведении патентно-информационных исследований заявляемая совокупность признаков выявлена не была, поэтому техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 схематично изображен общий вид устройства в частично осевом разрезе в транспортном положении.

На фиг. 2 схематично изображен общий вид устройства в частично осевом разрезе в рабочем положении.

На фиг. 3 схематично изображен общий вид устройства в частично осевом разрезе с клиномпоршнем с одной рабочей плоскостью, двумя гидромониторными каналами в пробойнике и переливным клапаном.

Заявляемое устройство содержит гидромеханический прокалывающий перфоратор, соединенный с колонной НКТ, имплозионную камеру 1 многоразового действия, в виде цилиндрического корпуса 2 с расширением 3 в верхней части с плунжером 4, соединенным с канатом 5. К нижней части имплозионной камеры 1 присоединен клин-поршень 6, между которыми размещен запорный клапан 7 и выполнен переточный канал 8. Клин-поршень 6 встроен в корпус гидромеханического перфоратора, выполненного в виде цилиндра 9, в верхней части которого образуется поршневая полость 10, сообщающаяся с внутренней полостью имплозионной камеры 1 и НКТ, через переточный канал 8. В нижней части цилиндра 9 имеется опора 11, на которой установлены два пробойника 12, каждый из которых взаимодействует с соответствующей рабочей плоскостью клина-поршня 6 через соединение "ласточкин хвост". В клинепоршне 6 выполнены подводящие каналы 13, сообщающие поршневую полость 10 с гидромониторными каналами 14 пробойников 12. Цилиндр 9 выполнен с возможностью осевого перемещения относительно клина-поршня 6. При работе в скважинах, требующих большей энергии гидроудара на пробитие обсадной колонны 15, в подводящий канал 13 может устанавливаться переливной клапан 16 (фиг. 3), который открывает выход рабочей жидкости в гидромониторный канал 14, только после полного перемещения цилиндра 9 вверх.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Гидромеханический прокалывающий перфоратор на колонне НКТ спускают в скважину к заданному интервалу перфорации и заполняют внутреннюю полость НКТ и имплозионной камеры 1 рабочей жидкостью (кислотные растворы, углеводородные растворители, ПАВ и т.д.). Затем в нижнюю часть имплозионной камеры 1 на канате 5 спускают плунжер 4, после чего плунжер 4 начинают перемещать вверх, создавая разряжение под ним, т.к. приток скважинной жидкости перекрыт запорным клапаном 7. В это время давление в полости НКТ соответствует гидростатическому. Поэтому перепад давлений над и под плунжером 4 достигает значений в сотни атмосфер. Как только плунжер 4 входит в расширение 3 имплозионной камеры 1, то под действием перепада давления, рабочая жидкость устремляется вниз. При этом перепад давления ускоряет поток жидкости и при встрече ее с запорным клапаном 7, она 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 запорный клапан 7 открывается и жидкость через переточный канал 8 поступает в поршневую полость 10 цилиндра 9, перемещая его и закрепленную с ним опору 11 вверх. При этом пробойники 12, установленные на опоре 11, скользя по рабочим плоскостям клина-поршня 6, перемещаются от его острия к основанию и формируют отверстия в обсадной колонне 15 и гидромониторные каналы 14 пробойников 12 совмещаются с подводящими каналами 13 клина-поршня 6. Затем плунжер 4 вновь перемещают для создания разряжения в имплозионной камере 1 и при его выходе в расширенную часть 3, рабочая жидкость вновь устремляется вниз. Жидкость проходит по переточным 8, подводящим 13 и гидромониторным 14

- 2 028831

каналам с большой скоростью, устремляется в заколонное пространство, воздействуя на ПЗП импульсом гидроудара, что приводит к образованию сети трещин в ней. Циклы по обработке ПЗП в данном интервале осуществляют необходимое количество раз, после чего НКТ перемещают вверх, к следующему интервалу перфорации. НКТ, перемещаясь, увлекают за собой имплозионную камеру 1 с клином-поршнем 12. При этом пробойники 12 извлекаются из колонны 15 за счет их жесткого соединения с рабочими плоскостями клина-поршня 12. Пробойники смещаются в исходное, транспортное положение, а вместе с ними в исходное положение возвращается цилиндр 9. По окончании перфорации и обработки всех интервалов заявляемое устройство извлекают из скважины.

Простая конструкция заявляемого устройства позволяет повысить надежность фиксацией его от нежелательных, осевых перемещений при работе в скважине, а так же не требует использования пакеров, для обеспечения концентрации давления при гидроимпульсной обработке ПЗП.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для гидроимпульсной обработки призабойной зоны пласта содержит выполненный с возможностью установки в скважине и взаимодействия 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, причем пробойник снабжен гидромониторным каналом, установленный в верхней части корпуса перфоратора гидропривод с запорным клапаном, при этом гидропривод выполнен в виде имплозионной камеры, имеющей цилиндрическую форму с расширением в верхней части, внутри которой размещен плунжер с возможностью его перемещения, в перфораторе выполнен переточный канал, отличающееся тем, что корпус перфоратора имеет форму цилиндра, в нижней части которого расположена опора, в цилиндре установлен клин-поршень, снабженный по меньшей мере одним подводящим каналом, причем клин-поршень жестко связан с имплозионной камерой, между которыми встроен запорный клапан, по меньшей мере один пробойник установлен на опоре и выполнен с возможностью перемещения по рабочей плоскости клина-поршня до совмещения подводящего канала клина-поршня по меньшей мере с одним гидромониторным каналом пробойника.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что переточный канал клина-поршня снабжен переливным клапаном.

- 3 028831