RU2057910C1

RU2057910C1 - Gear to perforate holes

Info

Publication number: RU2057910C1
Application number: RU93044537A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Абалтусов; Ю.В. Полежаев; Д.С. Михатулин; Т.Н. Немова; Н.Н. Алексеенко; В.П. Зима; Н.Л. Рыбасова
Original assignee: Абалтусов Виктор Евгеньевич
Priority date: 1993-09-09
Filing date: 1993-09-09
Publication date: 1996-04-10

Abstract

FIELD: hole drilling. SUBSTANCE: gear to perforate holes includes source of working medium and housing. Housing houses nozzle unit. Source of working medium is manufactured in the form of set of solid fuel charges with various abrasive particles and is placed inside housing. Nozzles of nozzle unit are arranged on generatrix of side surface of nozzle unit in the amount of at least three in one horizontal section. Semi-opening angles of inlet β and outlet a parts of nozzle are within limits 50^°<β<60^°,, 3^°<α<6^°,. EFFECT: increased efficiency of hole perforation. 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к устройствам для перфорации обсадных труб в скважине, а также к оборудованию для вскрытия продуктивных пластов. The invention relates to the oil and gas industry, and in particular to devices for perforating casing pipes in a well, as well as equipment for opening productive formations.

Для перфорации различных скважин широко применяют в основном стреляющие перфораторы, которые по принципу действия подразделяются на пулевые и кумулятивные. Пулевые перфораторы /1/ применимы в основном на глинистых породах, поскольку перфорация скважин сопровождается большим трещинообразованием в породе. Также ограничена применимость пулевых перфораторов для работ на больших глубинах /2/. Основным недостатком кумулятивных перфораторов являются значительные повреждения труб и цементного кольца, что существенно осложняет последующую эксплуатацию скважины. For perforation of various wells, mainly shooting perforators are widely used, which are divided into bullet and cumulative according to the principle of action. Bullet perforators / 1 / are mainly applicable on clayey rocks, since perforation of wells is accompanied by a large crack formation in the rock. The applicability of bullet punchers for work at great depths / 2 / is also limited. The main disadvantage of cumulative perforators is significant damage to the pipes and cement ring, which significantly complicates the subsequent operation of the well.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является гидропескоструйный перфоратор, работа которого основана на разрушающем воздействии высокоскоростной струи жидкости, содержащей абразивный материал, например кварцевый песок. The closest in technical essence to the proposed device is a sandblasting hammer, the operation of which is based on the destructive effect of a high-speed jet of liquid containing abrasive material, such as quartz sand.

Устройство содержит источник рабочего тела в виде взвеси песка в воде, корпус и сопловой блок, расположенный на боковой поверхности корпуса. Устройство спускается в скважину, а затем взвесь песка с водой, имеющая высокую скорость истечения через насосно-компрессорные трубы и сопла направляется на стенку скважины, промывая в ней, цементном кольце и породе каналы. При использовании гидропескоструйных перфораторов достигаются лучшие результаты по сравнению с известными, однако такой метод перфорации применяется мало ввиду высокой стоимости работ, низкой производительности, ограничения по глубинам, аварийности и громоздкости оборудования. The device contains a source of a working fluid in the form of a suspension of sand in water, a housing and a nozzle block located on the side surface of the housing. The device descends into the well, and then a suspension of sand with water, having a high flow rate through the tubing and nozzle, is directed to the wall of the well, flushing the channels in it, the cement ring and rock. When using sandblasting punchers, better results are achieved compared to the known ones, however, this method of punching is used little due to the high cost of work, low productivity, limited depth, accident rate and bulky equipment.

Для работы гидропескоструйных перфораторов необходимо громоздкое наземное оборудование для получения в достаточном количестве взвеси с давлением истечения свыше 100 МПа, надежные уплотнители, специальная запорная арматура, магистрали. Кроме того, рабочие кромки в соплах подвержены интенсивному износу, что требует для их изготовления специальных дорогостоящих материалов. For the operation of sandblasting punchers, bulky ground equipment is needed to obtain a sufficient amount of suspension with an outlet pressure of more than 100 MPa, reliable seals, special shutoff valves, highways. In addition, the working edges in the nozzles are subject to intense wear, which requires special expensive materials for their manufacture.

Задачей изобретения является создание автономного устройства, позволяющего повысить эффективность перфорации, заключающуюся в повышении производительности при снижении себестоимости и трудоемкости. The objective of the invention is the creation of a stand-alone device, which allows to increase the efficiency of perforation, which consists in increasing productivity while reducing cost and labor.

В предлагаемом изобретении источник рабочего тела размещен внутри корпуса и выполнен в виде набора зарядов твердого топлива, содержащих различные абразивные частицы. In the present invention, the source of the working fluid is placed inside the housing and is made in the form of a set of charges of solid fuel containing various abrasive particles.

Размещение источника рабочего тела внутри корпуса обеспечивает автономную работу устройства, а выполнение его в виде набора зарядов твердого топлива с различными абразивными частицами, вызывающими наибольшее разрушительное воздействие на определенный тип материала, способствует повышению эффективности перфорации скважин, поскольку в целом процесс состоит из последовательных стадий: пробивка металлической стенки обсадной трубы, затрубного цементного камня и породы. Placing the source of the working fluid inside the housing ensures the autonomous operation of the device, and its execution in the form of a set of charges of solid fuel with various abrasive particles, causing the greatest destructive effect on a certain type of material, improves the efficiency of well perforation, since the whole process consists of successive stages: punching metal wall of casing, annular cement stone and rock.

Для осуществления перфорации металлической стенки обсадной трубы важное значение имеет высокотемпературный нагрев, а при пробивки затрубного цементного кольца и породы определяющим фактором воздействия является эрозионное разрушение. High-temperature heating is important for perforation of the metal wall of the casing, and erosion destruction is the determining factor in punching the annular cement ring and rock.

Для предотвращения возникновения усилий и моментов, заклинивающих устройство в стволе скважины при его работе количество сопел в одном сечении должно составлять 3 и более штук. Кроме того, для осуществления щелевой перфорации вдоль скважинного ствола возможно расположение сопел по образующей боковой поверхности корпуса. To prevent the occurrence of forces and moments jamming the device in the wellbore during its operation, the number of nozzles in one section should be 3 or more pieces. In addition, for the implementation of slotted perforation along the borehole, it is possible to arrange nozzles along the generatrix of the side surface of the housing.

С целью обеспечения надежной и продолжительной работы устройства была проведена отработка геометрического профиля сопла. При этом установлено, что углы полураствора входной (β) и выходной части сопла (α) должны находиться в пределах
50^о < β< 60^о
3^о < α< 6^о
При значениях угла полураствора входной части сопла β> 60^о наблюдается значительное эрозионное разрушение стенок сопла. Уменьшение угла полураствора входной части сопла β < 50^о приводит к необходимости увеличения размеров соплового блока, что является невозможным ввиду ограничения размеров скважины. Выходная часть сопла играет существенную роль в формировании режущей способности струи. Установлено, что при значениях угла полураствора выходной части сопла α < 3^о обнаруживается разгар рабочих кромок сопла. При значениях α > 6^о происходит существенное снижение энергетической эффективности гетерогенной струи ввиду ее значительного расширения, что и вызывает ослабление газодинамического и эрозионного воздействия.In order to ensure reliable and continuous operation of the device, the geometric profile of the nozzle was tested. It was found that the half-angles of the inlet (β) and outlet part of the nozzle (α) should be within
50 ^o <β <60 ^o
3 ^o <α <6 ^o
When the half-angle of the inlet part of the nozzle is β> 60 ^° , a significant erosive destruction of the nozzle walls is observed. The decrease in the half-angle of the inlet part of the nozzle β <50 ^о leads to the need to increase the size of the nozzle block, which is impossible due to the limitation of the size of the well. The nozzle exit plays a significant role in shaping the cutting ability of the jet. It was found that when the half-angle of the nozzle exit part α <3 ^{о is} detected, the height of the working edges of the nozzle is detected. At values α> 6 ^о , a significant decrease in the energy efficiency of the heterogeneous jet occurs due to its significant expansion, which causes a weakening of the gas-dynamic and erosive effects.

Устройство позволяет проводить перфорацию с высокой скоростью, в несколько раз быстрее пескоструйного перфоратора без запирания пор продуктивного пласта, а наоборот, способствуя повышению проницаемости прискважинной зоны пласта, поскольку процесс основан на газодинамическом, термохимическом и эрозионном воздействии высокотемпературной гетерогенной струи на преграду. The device allows perforation at a high speed, several times faster than a sandblasting punch without locking the pores of the reservoir, and vice versa, contributing to an increase in the permeability of the borehole zone of the formation, since the process is based on the gas-dynamic, thermochemical and erosive effects of a high-temperature heterogeneous jet on the barrier.

Стендовые испытания, проведенные на образцах, моделирующих обсадную колонну, затрубный цементный камень и породу при атмосферном давлении и в условиях высокого давления, соответствующего глубине погружения до 2000 м, подтвердила пробивную (режущую) способность устройства. Bench tests carried out on samples simulating a casing string, annular cement stone and rock at atmospheric pressure and under high pressure conditions corresponding to an immersion depth of up to 2000 m confirmed the breakdown (cutting) ability of the device.

На фиг.1 представлена общая схема конструкции устройства; на фиг.2 углы выходной и входной части сопла. Figure 1 presents a General diagram of the design of the device; figure 2 angles of the outlet and inlet of the nozzle.

Устройство представляет собой цилиндрический корпус 1 с полукруглым торцом, содержащий источник рабочего тела 2, выполненный в виде набора зарядов твердого топлива, содержащих различные абразивные частицы и сопловой блок 3. Форма заряда может быть различной (канальной или цилиндрической) в зависимости от условий работы устройства. Воспламенитель 4 состоит из дымного пороха и стандартного электрокапсюльного воспламенителя. The device is a cylindrical body 1 with a semicircular end, containing the source of the working fluid 2, made in the form of a set of charges of solid fuel containing various abrasive particles and nozzle block 3. The shape of the charge can be different (channel or cylindrical) depending on the operating conditions of the device. Igniter 4 consists of black powder and a standard electronic capsule igniter.

Разрывная мембрана 5 предусмотрена для сброса избыточного давления. Центрирование устройства в скважине при подъемно-спусковых работах обеспечивают металлические обручи 6. Цифрами 7, 8, 9 обозначены металлическая стенка обсадной трубы и затрубный цементный камень и порода соответственно. A bursting disc 5 is provided for relieving excess pressure. The centering of the device in the well during lifting and launching operations is provided by metal hoops 6. The numbers 7, 8, 9 indicate the metal wall of the casing and the annular cement and rock, respectively.

Устройство работает следующим образом. При помощи воспламенителя 4 поджигается заряд твердого топлива 2, продукты горения которого, образующие высокотемпературный поток газа с абразивными частицами, поступают в сопловой блок 3, а затем через отдельные сопла под давлением истекают наружу и попадают на стенку обсадной трубы. В результате такого воздействия происходит процесс теплоэрозионного разрушения стенки обсадной трубы и затрубного камня. The device operates as follows. Using an igniter 4, a charge of solid fuel 2 is ignited, the combustion products of which, forming a high-temperature gas stream with abrasive particles, enter the nozzle block 3, and then flow out through separate nozzles under pressure and enter the casing wall. As a result of this effect, the process of heat erosion destruction of the casing wall and annulus occurs.

К сказанному следует добавить, что высокая энергоемкость, технологичность процесса, автономность, малые габариты и низкая себестоимость позволяют составлять гирлянды из нескольких перфораторов и проводить одновременно перфорацию скважинного ствола на различных уровнях. It should be added that the high energy intensity, technological effectiveness of the process, autonomy, small dimensions and low cost allow you to make garlands of several perforators and simultaneously carry out perforation of the wellbore at various levels.

Claims

DEVICE FOR PUNCHING WELLS, including a working current source, a casing and a nozzle block, characterized in that the working fluid source is made in the form of a set of solid fuel charges with various abrasive particles and placed inside the casing, and the nozzle block nozzles are located on the generatrix of the side surface of the nozzle block in an amount of at least three in one horizontal section, the half-angle of the input α and output b of the nozzle parts being within 50 ^° <β <60 ^° , 3 ^° <α <6 ^° .