RU2179629C1

RU2179629C1 - Gear for depression perforation of wells

Info

Publication number: RU2179629C1
Application number: RU2000116131/03A
Authority: RU
Inventors: В.А. Першуков; М.М. Хасанов; В.А. Чесноков; М.Г. Латыпов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЮганскНИПИнефть"
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2002-02-20

Abstract

FIELD: exploitation of oil wells. SUBSTANCE: invention is specifically related to equipment designed to open pools and treat wells. Gear includes cumulative perforator and implosion chamber connected to it. Connection of cumulative perforator with implosion chamber comes in the form of cylinder with side windows shut off by piston with seals, piston can be pushed out of cylinder by pressure of fluid and in this case implosion chamber communicates with perforator through side windows of cylinder when blast gases have time to run out into shaft of well. Face side of cylinder carries chamber-moderator which hinders pushing of piston by blast gases when shaped charges burst. EFFECT: increased operational efficiency of gear securing high-speed filling of implosion chamber by fluid which enhances depression and improves clearing of pores of pool and increases discharge of well. 2 dwg

Description

Изобретение относится к эксплуатации нефтяных скважин, а именно к устройствам для вскрытия пластов и обработки скважин с целью повышения их производительности. Известно устройство для перфорации скважин [1]. Оно представляет собой кумулятивный перфоратор. Содержит корпус в виде толстостенной трубы с отверстиями. В отверстия вставляют кумулятивные заряды, закупоривая их сверху алюминиевыми шайбами с резиновыми прокладками. Заряды посредством детонирующего шнура соединены с детонатором. При подаче импульса электрического тока по каротажному кабелю детонатор взрывается. От детонатора взрывается детонирующий шнур, от которого в свою очередь взрываются кумулятивные заряды. При взрыве кумулятивного заряда формируется струя из продуктов взрыва, которая пробивает эксплуатационную колонну и пласт на глубину нескольких десятков сантиметров. The invention relates to the operation of oil wells, and in particular to devices for drilling and treating wells in order to increase their productivity. A device for perforating wells [1]. It is a cumulative punch. Contains a body in the form of a thick-walled pipe with holes. Cumulative charges are inserted into the holes, clogging them on top with aluminum washers with rubber gaskets. Charges by means of a detonating cord are connected to the detonator. When a pulse of electric current is supplied through the logging cable, the detonator explodes. A detonating cord explodes from a detonator, from which cumulative charges in turn explode. During the explosion of a cumulative charge, a stream is formed from the products of the explosion, which penetrates the production string and formation to a depth of several tens of centimeters.

Недостатком устройства является тот факт, что при пробивании отверстия в пласте последнее заполняется глинистым раствором, которым заполнена скважина, т.к. при проведении перфорации скважину заполняют более плотной жидкостью по сравнению с пластовой и соответственно давление столба жидкости превышает пластовое. Глинистые частицы попадают в поры пласта и закупоривают их, препятствуя откачке из пласта продукции и снижая дебит скважины. The disadvantage of this device is the fact that when punching a hole in the reservoir, the latter is filled with clay mud, which filled the well, because during perforation, the well is filled with a denser fluid compared to the reservoir and, accordingly, the pressure of the fluid column exceeds the reservoir. Clay particles enter the pores of the formation and clog them, preventing the pumping of products from the formation and reducing the flow rate of the well.

Известно устройство для депрессионной перфорации скважин [2], которое одновременно с перфорацией очищает поры пласта и которое принимаем за прототип. Оно содержит кумулятивный перфоратор и соединенную с ним имплозионную камеру. В качестве имплозионной камеры используют заполненную атмосферным воздухом трубу, подсоединяемую с помощью резьбового соединения к кумулятивному перфоратору. Устройство спускают в скважину на каротажном кабеле до установки перфоратора против продуктивного пласта. Подают импульс тока по кабелю, что приводит к взрыву детонатора и кумулятивных зарядов. Кумулятивной струей взрыва пробивается обсадная колонна и продуктивный пласт на глубину нескольких десятков сантиметров. При этом жидкость из скважины притекает через отверстия перфоратора внутрь него и заполняет объем имплозионной камеры. Потоком жидкости из пор пласта выносятся попавшие туда вместе со струей продуктов взрыва глинистые частицы. В результате очистки пор пласта повышается дебит скважины. Однако внутри корпуса перфоратора выделяются продукты взрыва в виде газовой смеси под большим давлением. В связи с тем что давление столба жидкости в скважине значительно выше атмосферного, выделяемые в результате взрыва газы устремляются внутрь имплозионной камеры, заполняя ее объем. При этом часть газа вытекает через отверстия перфоратора в ствол скважины. Когда в перфораторе и имплозионной камере давление сравняется с давлением столба жидкости в скважине, то жидкость из ствола скважины под действием гравитационных сил проникает через отверстия перфоратора в его корпус и в корпус имплозионной камеры, заполняя их объем. Скорость заполнения объема имплозионной камеры жидкостью невелика, т.к. газы внутри камеры препятствуют заполнению ее объема жидкостью, и вытеснение газов из камеры жидкостью происходит за счет сжатия, растворения газа в жидкости и под действием сил гравитации. В связи с малой скоростью заполнения имплозионной камеры жидкостью не развивается достаточной депрессии на пласт, происходит неполная очистка пор пласта и, как результат, недостаточное увеличение дебита скважины. A device for depression perforation of wells [2], which simultaneously with perforation cleans the pores of the reservoir and which is taken as a prototype. It contains a cumulative perforator and an implosion chamber connected to it. As an implosion chamber, a pipe filled with atmospheric air is used, which is connected using a threaded connection to a cumulative perforator. The device is lowered into the well on a logging cable before installing a perforator against the reservoir. They give a current pulse through the cable, which leads to the explosion of the detonator and cumulative charges. A casing string and a productive formation to a depth of several tens of centimeters break through a cumulative blast. In this case, fluid from the well flows through the holes of the perforator into it and fills the volume of the implosion chamber. Clay particles that get there along with a stream of explosion products are carried out by a fluid stream from the pores of the formation. As a result of cleaning the pores of the formation, the production rate of the well increases. However, explosion products in the form of a gas mixture under high pressure are released inside the punch body. Due to the fact that the pressure of the liquid column in the well is much higher than atmospheric, the gases released as a result of the explosion rush into the implosion chamber, filling its volume. In this case, part of the gas flows through the holes of the perforator into the wellbore. When the pressure in the perforator and the implosion chamber is equal to the pressure of the liquid column in the well, the fluid from the wellbore penetrates through the openings of the perforator into its body and into the body of the implosion chamber by gravitational forces, filling their volume. The rate of filling the volume of the implosion chamber with liquid is slow, because the gases inside the chamber prevent the filling of its volume with liquid, and the displacement of gases from the chamber with liquid occurs due to compression, dissolution of the gas in the liquid and under the influence of gravitational forces. Due to the low filling rate of the implosion chamber with liquid, there is not enough depression on the formation, incomplete cleaning of the pores of the formation and, as a result, insufficient increase in the flow rate of the well.

Задачей изобретения является создание более эффективного устройства, обеспечивающего высокую скорость заполнения жидкостью имплозионной камеры, в результате чего усиливается депрессия, улучшается очистка пласта и повышается дебит скважины. The objective of the invention is to provide a more efficient device that provides a high rate of liquid filling of the implosion chamber, resulting in increased depression, improved cleaning of the reservoir and increased flow rate of the well.

Поставленная задача решается тем, что соединение перфоратора с имплозионной камерой выполнено в виде цилиндра с боковыми окнами, перекрытыми поршнем с уплотнениями, с возможностью его выталкивания из цилиндра давлением жидкости и сообщения имплозионной камеры с перфоратором через боковые окна цилиндра, когда газы взрыва успевают вытечь в ствол скважины, при этом на торцевой стороне цилиндра размещена камера-замедлитель для замедления выталкивания поршня газами взрыва при взрыве кумулятивных зарядов. The problem is solved in that the connection of the perforator with the implosion chamber is made in the form of a cylinder with side windows blocked by a piston with seals, with the possibility of pushing it out of the cylinder with liquid pressure and communication of the implosion chamber with a perforator through the side windows of the cylinder when the explosion gases have time to leak into the barrel wells, while on the front side of the cylinder there is a retarder to slow the ejection of the piston by the explosion gases during the explosion of cumulative charges.

Сопоставительный анализ выявил следующие существенные отличия предложенного устройства от прототипа:
- соединение перфоратора с имплозионной камерой выполнено в виде цилиндра с боковыми окнами, перекрытыми поршнем с уплотнениями, с возможностью его выталкивания из цилиндра давлением жидкости и сообщения имплозионной камеры с перфоратором через боковые окна цилиндра, когда газы взрыва успевают вытечь в ствол скважины;
- на торцевой стороне цилиндра размещена камера-замедлитель для замедления выталкивания поршня газами взрыва при взрыве кумулятивных зарядов.Comparative analysis revealed the following significant differences of the proposed device from the prototype:
- the connection of the perforator with the implosion chamber is made in the form of a cylinder with side windows blocked by a piston with seals, with the possibility of pushing it out of the cylinder with liquid pressure and communicating the implosion chamber with a perforator through the side windows of the cylinder when the explosion gases have time to flow into the wellbore;
- on the front side of the cylinder there is a retarder chamber to slow the ejection of the piston by the explosion gases during the explosion of cumulative charges.

В связи с тем что соединение перфоратора с имплозионной камерой выполнено в виде цилиндра с боковыми окнами, перекрытыми поршнем с уплотнениями, с возможностью его выталкивания из цилиндра давлением жидкости и сообщения имплозионной камеры с перфоратором через боковые окна цилиндра, когда газы взрыва успевают вытечь в ствол скважины, обеспечивается герметичное отделение имплозионной камеры от внутренней полости перфоратора в момент взрыва зарядов и тем самым исключается попадание газов взрыва в имплозионную камеру. Благодаря тому что на торцевой стороне цилиндра размещена камера-замедлитель для замедления выталкивания поршня газами взрыва при взрыве кумулятивных зарядов, достигается замедление выталкивания поршня газами взрыва из цилиндра на промежуток времени, необходимый для освобождения перфоратора от газов взрыва, и тем самым исключается попадание газов взрыва в имплозионную камеру. При этом в тот момент, когда поршень выталкивается из цилиндра давлением заполняющей перфоратор жидкости, в имплозионной камере сохраняется атмосферное давление, что обеспечивает беспрепятственное заполнение имплозионной камеры жидкостью с большей по сравнению с прототипом скоростью и позволяет повысить депрессию на пласт. Due to the fact that the connection of the perforator with the implosion chamber is made in the form of a cylinder with side windows blocked by a piston with seals, with the possibility of pushing it out of the cylinder with liquid pressure and communication of the implosion chamber with a perforator through the side windows of the cylinder when the explosion gases have time to leak into the wellbore This ensures a tight separation of the implosion chamber from the internal cavity of the perforator at the time of the explosion of charges and thereby excludes the ingress of explosion gases into the implosion chamber. Due to the fact that a retarder chamber is located on the front side of the cylinder to slow the ejection of the piston by the explosion gases during the explosion of cumulative charges, it is possible to slow down the ejection of the piston by the explosion gases from the cylinder for a period of time necessary to release the perforator from the explosion gases, and thereby prevent the explosion gases from entering implosion chamber. At the same time, when the piston is pushed out of the cylinder by the pressure of the fluid filling the perforator, atmospheric pressure is maintained in the implosion chamber, which ensures unimpeded filling of the implosion chamber with liquid at a higher speed compared to the prototype and allows to increase the depression on the formation.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что предложенное устройство отвечает критерию изобретения "новизна",
Авторам не известны технические решения, содержащие признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого изобретения, соответствующего, по нашему мнению, критерию "изобретательский уровень".Based on the foregoing, we can conclude that the proposed device meets the criteria of the invention of "novelty",
The authors are not aware of technical solutions containing features similar to the distinguishing features of the claimed invention, which, in our opinion, meets the criterion of "inventive step".

Предлагаемое устройство показано на фиг.1,2 соответственно до взрыва зарядов и в момент заполнения имплозионной камеры жидкостью. Устройство содержит кумулятивный перфоратор 1, соединенный с имплозионной камерой 2. Узел соединения перфоратора 1 и имплозионной камеры 2 выполнен в виде цилиндра 3 с боковыми окнами 4, перекрываемыми поршнем 5 с уплотнениями 6. Поршень 5 выполнен с возможностью его свободного перемещения вдоль оси цилиндра 3. Когда поршень 5 находится внутри цилиндра 3 (см.фиг.1), то боковые окна 4 перекрыты поршнем 5, и сообщение между внутренней полостью имплозионной камеры 2 и перфоратора 1 отсутствует. Когда же поршень 5 вытолкнут из цилиндра 3 (см.фиг.2), то внутренняя полость имплозионной камеры 2 сообщается с перфоратором 1 через боковые окна 4. На торцевой стороне цилиндра 3 размещена камера-замедлитель 7. Она может быть выполнена, например, так, как показано на фиг. 1 и 2, т.е. в виде нижнего отсека цилиндра 3 с узкими отверстиями 8 для поступления газов взрыва во внутреннюю полость цилиндра 3. Диаметр отверстий выбирается в зависимости от требуемого времени замедления выталкивания поршня 5 из цилиндра 3 после взрыва зарядов в перфораторе 1. Чем меньше диаметр отверстий 8 и больше объем камеры 7, тем больше время замедления выталкивания поршня 5 из цилиндра 3. Рекомендуемый диаметр отверстий менее 1,5 мм. The proposed device is shown in Fig.1,2, respectively, before the explosion of charges and at the time of filling the implosion chamber with liquid. The device contains a cumulative perforator 1 connected to the implosion chamber 2. The assembly of the perforator 1 and the implosion chamber 2 is made in the form of a cylinder 3 with side windows 4 overlapped by the piston 5 with seals 6. The piston 5 is made with the possibility of its free movement along the axis of the cylinder 3. When the piston 5 is located inside the cylinder 3 (see figure 1), the side windows 4 are closed by the piston 5, and there is no communication between the internal cavity of the implosion chamber 2 and the perforator 1. When the piston 5 is pushed out of the cylinder 3 (see FIG. 2), the inner cavity of the implosion chamber 2 communicates with the perforator 1 through the side windows 4. On the front side of the cylinder 3 there is a retarder 7. It can be performed, for example, as shown in FIG. 1 and 2, i.e. in the form of the lower compartment of the cylinder 3 with narrow openings 8 for the entry of explosion gases into the internal cavity of the cylinder 3. The diameter of the holes is selected depending on the required time for slowing the ejection of the piston 5 from the cylinder 3 after the explosion of charges in the perforator 1. The smaller the diameter of the holes 8 and more volume chamber 7, the longer the retardation time of the ejection of the piston 5 from the cylinder 3. The recommended hole diameter is less than 1.5 mm.

Для увеличения времени замедления камера-замедлитель может быть выполнена многосекционной, т.е. разделенной перегородками с отверстиями на несколько секций. Камера-замедлитель может быть выполнена и в другой конструкции, например в виде сгораемой перегородки между цилиндром и перфоратором или в виде трубы-змеевика, один конец которой подсоединен к перфоратору, а другой к цилиндру, и т.д. To increase the deceleration time, the retarder can be multi-sectional, i.e. divided by partitions with openings into several sections. The retarder chamber can also be made in another design, for example, in the form of a combustible partition between a cylinder and a perforator or in the form of a coil pipe, one end of which is connected to a perforator, and the other to a cylinder, etc.

Поршень 5 выталкивается из цилиндра 3 давлением газов взрыва во внутреннюю полость имплозионной камеры 2, где закреплена решетка 9, которая является упором для поршня 5 при его выталкивании из цилиндра 3, исключая возможность его удара и деформации стенок имплозионной камеры 2. The piston 5 is pushed out of the cylinder 3 by the pressure of the explosion gases into the internal cavity of the implosion chamber 2, where a grating 9 is fixed, which is a stop for the piston 5 when it is pushed out of the cylinder 3, eliminating the possibility of its impact and deformation of the walls of the implosion chamber 2.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. Заряженное устройство с установленным внутри цилиндра 3 поршнем 5 с уплотнениями 6 (см. фиг.1) спускают на кабеле в скважину до глубины продуктивного пласта. Подают импульс тока по кабелю, от которого взрывается детонатор и кумулятивные заряды. При взрыве зарядов формируется кумулятивная струя, которая пробивает алюминиевые шайбы в отверстиях перфоратора, пробивает колонну и пласт. Газы взрыва через отверстия перфоратора выбрасываются в ствол скважины. Они не могут проникнуть в имплозионную камеру 2, т.к. боковые окна 4 цилиндра 3 перекрыты поршнем 5. Одновременно газы взрыва через отверстия 8 начинают поступать в камеру-замедлитель 7 и во внутреннюю полость цилиндра 3. Однако в связи с малым сечением отверстий 8 давление в цилиндре 3 возрастает только через некоторый промежуток времени, называемый временем замедления, т.к. сначала после взрыва заполняется газом камера 7. Когда в камере 7 давление увеличится до значений, при которых газ может продавливаться через узкие отверстия 8 в цилиндр 3, начинается заполнение газом внутреннего объема цилиндра 3. При увеличении давления газа в цилиндре 3 поршень 5 начинает двигаться вдоль оси цилиндра 3 в сторону имплозионной камеры 2. К моменту времени, когда поршень 5 минует боковые окна 4, газы взрыва успевают вытечь через отверстия перфораторе 1 в ствол скважины, и внутренняя полость перфоратора 1 заполняется жидкостью. Давлением жидкости, поступающей в цилиндр 3 через боковые окна 4, поршень 5 выталкивается в полость имплозионной камеры 2 до упора на решетку 9. Далее жидкость поступает в имплозионную камеру 2, как показано стрелками на фиг. 2. Так как давление в имплозионной камере 2 равно атмосферному, жидкость из скважины, не имея никаких препятствий, затекает в имплозионную камеру с большой скоростью. В результате по сравнению с прототипом увеличивается депрессия на пласт, улучшается очистка поровых каналов пласта и повышается дебит скважины. The proposed device operates as follows. A charged device with a piston 5 installed inside the cylinder 3 with seals 6 (see Fig. 1) is lowered on a cable into the well to the depth of the reservoir. They give a current pulse through the cable, from which the detonator and cumulative charges explode. In the explosion of charges, a cumulative jet is formed, which pierces the aluminum washers in the holes of the perforator, pierces the column and formation. Explosion gases are emitted through the perforator holes into the wellbore. They cannot penetrate into the implosion chamber 2, because the lateral windows 4 of the cylinder 3 are blocked by the piston 5. At the same time, the explosion gases through the openings 8 begin to flow into the moderator chamber 7 and into the internal cavity of the cylinder 3. However, due to the small cross section of the openings 8, the pressure in the cylinder 3 increases only after a certain period of time, called time slowdown, because first, after the explosion, the chamber 7 is filled with gas. When the pressure in the chamber 7 increases to values at which the gas can be forced through the narrow openings 8 into the cylinder 3, gas begins to fill the internal volume of the cylinder 3. With increasing gas pressure in the cylinder 3, the piston 5 begins to move along the axis of the cylinder 3 towards the implosion chamber 2. By the time when the piston 5 passes the side windows 4, the explosion gases have time to leak through the holes of the perforator 1 into the wellbore, and the internal cavity of the perforator 1 is filled with liquid. By the pressure of the fluid entering the cylinder 3 through the side windows 4, the piston 5 is pushed into the cavity of the implosion chamber 2 against the grating 9. Then, the fluid enters the implosion chamber 2, as shown by arrows in FIG. 2. Since the pressure in the implosion chamber 2 is equal to atmospheric, the fluid from the well, without any obstacles, flows into the implosion chamber at a high speed. As a result, in comparison with the prototype, the depression on the formation increases, the cleaning of the pore channels of the formation improves, and the flow rate of the well increases.

Источники информации
1. Фридляндер Л. Я. Прострелочно-взрывная аппаратура и ее применение в скважинах.- М.: Недра, 1985, с. 16-28.Sources of information
1. Friedlander L. Ya. Shot-blasting apparatus and its use in wells. - M.: Nedra, 1985, p. 16-28.

2. "Устройство для вскрытия и обработки призабойной зоны скважины". - Патент РФ 2114984, МПК Е 21 В 43/117, опубл. БИ 19, 1998. 2. "Device for opening and processing the bottom-hole zone of the well." - RF patent 2114984, IPC E 21 V 43/117, publ. BI 19, 1998.

Claims

A device for depressive perforation of wells, comprising a cumulative perforator and an implosion chamber connected to it, characterized in that the connection of the perforator with the implosion chamber is made in the form of a cylinder with side windows covered by a piston with seals so that it can be pushed out of the cylinder by fluid pressure and the implosion chamber communicates with with a puncher through the side windows of the cylinder, when the explosion gases have time to leak into the wellbore, while on the front side of the cylinder there is a retarder for Slowly pushing the piston of the explosion gases in the explosion of the shaped charges.