RU2190089C1

RU2190089C1 - Process of deep perforation of cased wells

Info

Publication number: RU2190089C1
Application number: RU2001109088A
Authority: RU
Inventors: В.К. Андреев; С.В. Константинов
Original assignee: Андреев Владимир Кириллович; Константинов Сергей Владимирович
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2002-09-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry, uncovering of producing oil and gas horizons. SUBSTANCE: process of deep perforation of cased wells includes sinking of drill unit with cutting tool on end of flexible shaft on string of pipes into well, fixing of unit in shaft of well in specified interval and drilling of perforation channels by cutting tool imparting it with rotation and axial movement by supply of working fluid to mechanisms of rotation of flexible shaft and axial movement. In agreement with invention perforation channels are drilled simultaneously with their flushing by supply of working fluid on to cutting tool and into zone of its contact with drilled-out medium. Flushing fluid is used in the capacity of this fluid. It is pumped by ground pump in turn through string of pipes and mechanism rotating flexible shaft. Hydraulic downhole motor and race communicating with output shaft of the latter are used as this shaft. EFFECT: increased perforation efficiency thanks to raised speed of channel drilling, reduced wear-out of cutting tool and preservation of reservoir properties of stratum. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и предназначено для перфорации обсаженных скважин и вскрытия продуктивных нефтяных и газовых горизонтов. The invention relates to the field of oil and gas industry and is intended for perforation of cased wells and opening of productive oil and gas horizons.

Известен способ глубокой перфорации стенок обсаженной скважины, заключающийся в том, что режущему инструменту, закрепленному на гибком валу, размещенном в криволинейной направляющей, сообщают вращение и осевую подачу, и после достижения направляющей стенки скважины подачу режущего инструмента продолжают за счет перемещения гибкого вала вдоль направляющей, по осевой линии за пределы корпуса, высверливая при этом криволинейный канал (см. А.С. SU, 1776771, Е 21 В 43/11, 1990). There is a method of deep perforation of the walls of a cased hole, which consists in the fact that the cutting tool mounted on a flexible shaft placed in a curved guide, report the rotation and axial feed, and after reaching the guide wall of the well, the feed of the cutting tool is continued by moving the flexible shaft along the guide, along the axial line outside the housing, while drilling a curved channel (see A.S. SU, 1776771, E 21 B 43/11, 1990).

Однако известный способ не позволяет получать радиальные перфорационные каналы и обеспечивает ограниченную глубину внедрения направляющей в пласт, что определяется твердостью породы. However, the known method does not allow to obtain radial perforation channels and provides a limited depth of penetration of the guide into the reservoir, which is determined by the hardness of the rock.

Увеличение же глубины внедрения за счет повышения величины осевой нагрузки на режущую головку и момента резания, в свою очередь, снижает ресурс работы режущей головки. An increase in the penetration depth due to an increase in the axial load on the cutting head and the moment of cutting, in turn, reduces the life of the cutting head.

Кроме того, способ не обеспечивает замены отработанной режущей головки без подъема и спуска в скважину колонны труб. In addition, the method does not provide replacement of the used cutting head without raising and lowering the pipe string into the well.

Известны способы повышения ресурса работы режущего инструмента путем его охлаждения, используемые, например, в способах разбуривания стенок буровых скважин с целью отбора керна потоком бурового раствора, размывающего стенку скважины (см. патент RU 2052095, Е 21 В 49/06, 1992). Known methods for increasing the life of the cutting tool by cooling it, used, for example, in methods for drilling the walls of boreholes for the purpose of coring with a drilling fluid stream that erodes the borehole wall (see patent RU 2052095, E 21 B 49/06, 1992).

Однако указанный прием повышения ресурса работы режущего инструмента использован в совокупности операций для отбора керна в процессе бурения, т. е. предназначен для другой задачи и не может обеспечить решение комплекса проблем по повышению эффективности процесса перфорации. However, this method of increasing the life of the cutting tool was used in the aggregate of operations for coring during drilling, i.e., it is intended for another task and cannot provide a solution to a set of problems to increase the efficiency of the perforation process.

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ глубокой перфорации обсаженной скважины, включающий спуск в скважину на колонне труб перфорационного устройства с режущей головкой на конце гибкого вала, стопорение устройства в стволе скважины в заданном интервале и сверление каналов перфорации режущей головкой путем подачи рабочей жидкости на механизм вращения гибкого вала и механизм его осевого перемещения, причем режущую головку устанавливают радиально стенке обсадной колонны скважины, и при осевой подаче режущей головке дополнительно создают усилие сжатия в направлении, обратном направлению сверления, что позволяет увеличить глубину и диаметр перфорационного канала за счет повышения величины осевой нагрузки на режущую головку, момента резания и жесткости системы: режущий инструмент - гибкая штанга (см. патент RU 2109129, Е 21 В 43/11, 1996). Of the known methods, the closest to the proposed technical essence and the achieved result is a method for deep perforation of a cased hole, including a descent into the well on a pipe string of a perforating device with a cutting head at the end of a flexible shaft, locking the device in the wellbore in a predetermined interval and drilling the cutting perforation channels the head by supplying a working fluid to the mechanism of rotation of the flexible shaft and the mechanism of its axial movement, and the cutting head is installed radially walls e of the casing string of the well, and when the cutting head is axially fed, additionally create a compression force in the direction opposite to the drilling direction, which allows to increase the depth and diameter of the perforation channel by increasing the axial load on the cutting head, the moment of cutting and the rigidity of the system: the cutting tool is flexible rod (see patent RU 2109129, E 21 B 43/11, 1996).

К недостаткам указанного способа относится низкая эффективность процесса перфорации, обусловленная ограниченным сроком работы режущего инструмента, кольматацией пор вскрываемого пласта частицами высверливаемой породы, что в свою очередь отражается на проницаемости вскрываемого пласта, приводит к ограничению глубины и диаметра перфорационных каналов и снижению скорости сверления каналов. The disadvantages of this method include the low efficiency of the perforation process, due to the limited life of the cutting tool, the clogging of the pores of the opening formation by particles of drilled rock, which in turn affects the permeability of the opening formation, which limits the depth and diameter of the perforation channels and reduces the speed of drilling channels.

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа глубокой перфорации обсаженной скважины, обеспечивающего повышение эффективности перфорации, а именно повышение скорости сверления каналов, расширение диапазона их параметров, а также уменьшение износа режущего инструмента за счет создания и поддержания депрессии на пласт в процессе сверления перфорационных каналов и, как следствие, предотвращение кольматации пор вскрываемого пласта высверливаемой породы и, соответственно, сохранение его первоначальных коллекторских свойств, а также улучшение условий работы режущего инструмента. The basis of the present invention is the creation of a method for deep perforation of a cased hole, which increases the efficiency of perforation, namely increasing the speed of drilling channels, expanding the range of their parameters, as well as reducing wear of the cutting tool by creating and maintaining depression on the formation during drilling of perforation channels and , as a consequence, prevention of pore clogging of the exposed formation of the drilled rock and, accordingly, preservation of its initial reservoir x properties, as well as improving the working conditions of the cutting tool.

Поставленная задача достигается тем, что в способе глубокой перфорации обсаженных скважин, включающем спуск в скважину на колонне труб перфорационного устройства с режущим инструментом на конце гибкого вала, стопорение устройства в стволе скважины в заданном интервале и сверление каналов перфорации режущим инструментом посредством сообщения ему вращения и осевого перемещения путем подачи рабочей жидкости на механизмы вращения гибкого вала и его осевого перемещения, согласно изобретению, сверление каналов перфорации осуществляют одновременно с промывкой последних путем подачи на режущий инструмент и в зону контакта его с высверливаемой средой рабочей жидкости, в качестве которой используют промывочную жидкость, закачиваемую наземным насосом последовательно через колонну труб, механизм вращения гибкого вала, в качестве которого используют гидравлический забойный двигатель, и сообщающийся с выходным валом последнего проточный канал, выполненный в гибком вале. The problem is achieved in that in a method for deep perforation of cased wells, including the descent into the well on a pipe string of a perforating device with a cutting tool at the end of a flexible shaft, locking the device in the wellbore in a predetermined interval and drilling the perforation channels with a cutting tool by communicating rotation and axial movement by supplying a working fluid to the mechanisms of rotation of the flexible shaft and its axial movement, according to the invention, drilling perforation channels is carried out at the same time flushing the latter by applying to the cutting tool and into the zone of its contact with the drilling fluid the working fluid, which is used as a flushing fluid pumped by the ground pump in series through a pipe string, a flexible shaft rotation mechanism, which uses a downhole hydraulic motor, and communicating with the output shaft of the last flow channel made in a flexible shaft.

В предпочтительных вариантах реализации способа:
- используют промывочную жидкость с удельным весом, меньшим удельного веса пластового флюида;
- давление промывочной жидкости поддерживают меньшим величины пластового давления;
- используют аэрированную промывочную жидкость.In preferred embodiments of the method:
- use a washing liquid with a specific gravity less than the specific gravity of the formation fluid;
- the pressure of the flushing fluid is maintained lower than the formation pressure;
- use aerated flushing fluid.

Сущность способа заключается в следующем. The essence of the method is as follows.

Процесс сверления каналов перфорации осуществляют одновременно с промывкой этих каналов посредством подачи на режущий инструмент и в зону контакта его с высверливаемой средой рабочей жидкости, в качестве которой используют промывочную жидкость, закачиваемую наземным насосом через колонну труб и перфорационное устройство с обеспечением одновременного вращения исполнительного органа с режущим инструментом и подачи промывочной жидкости на него. The process of drilling the perforation channels is carried out simultaneously with the washing of these channels by feeding the working fluid to the cutting tool and into the zone of its contact with the drilling fluid, which is used as a washing fluid pumped by the ground pump through a pipe string and a perforating device, while simultaneously rotating the actuator with the cutting tool and supply flushing fluid to it.

Реализация такой технологии перфорации обеспечивает условия для создания и поддержания депрессии на пласт при сверлении перфорационных каналов и, соответственно, поступления флюида в ствол скважины из пласта, поскольку в процессе сверления каналов перфорации осуществляется их промывка от высверливаемых частиц породы, что предотвращает кольматацию пор пласта, а также одновременно происходит охлаждение и смазка самого режущего инструмента, что приводит к повышению его ресурса работы, скорости сверления каналов и расширению диапазона их параметров. The implementation of such a perforation technology provides the conditions for creating and maintaining depression on the formation during drilling of the perforation channels and, accordingly, the flow of fluid into the wellbore from the formation, since in the process of drilling the perforation channels they are flushed from the drilled rock particles, which prevents formation pores from clogging, and at the same time, the cutting tool itself is cooled and lubricated, which leads to an increase in its working life, channel drilling speed and range expansion their parameters.

Пример реализации способа иллюстрируется принципиальной схемой устройства для перфорации обсаженной скважины, представленной на чертеже. An example implementation of the method is illustrated by a schematic diagram of a device for perforating a cased well shown in the drawing.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

На дневной поверхности к низу колонны труб 1, например, НКТ, на соединительной муфте 2 жестко крепят перфорационное устройство, состоящее из механизма вращения гибкого вала в виде забойного гидравлического двигателя 3, выходной вал 4 которого соединен с гибким валом 5, имеющим проточный канал 6 и режущую головку 7. После достижения заданного интервала, колонну труб 1 крепят на устье скважины, а перфорационное устройство жестко фиксируют в стволе скважины. С устья скважины в колонну труб 1 подают промывочную жидкость, которая проходит через забойный гидравлический двигатель 3 и проточный канал 6, в результате чего обеспечивается вращение гибкого вала 5 с режущей головкой 7 и одновременно подача промывочной жидкости на нее. Производят сверление стенки обсадной колонны 8, затем - заколонного цементного камня 9 и канала перфорации в породе пласта 10. On the day surface, to the bottom of the pipe string 1, for example, tubing, on the coupler 2, a perforating device is rigidly fixed, consisting of a flexible shaft rotation mechanism in the form of a downhole hydraulic motor 3, the output shaft 4 of which is connected to the flexible shaft 5 having a flow channel 6 and cutting head 7. After reaching a predetermined interval, the pipe string 1 is mounted on the wellhead, and the perforating device is rigidly fixed in the wellbore. From the wellhead, flushing fluid is supplied to the pipe string 1, which passes through the downhole hydraulic motor 3 and the flow channel 6, as a result of which the flexible shaft 5 is rotated with the cutting head 7 and at the same time the flushing fluid is supplied to it. Drilling the wall of the casing string 8, then the annular cement stone 9 and the perforation channel in the formation rock 10.

Механизм осевого перемещения гибкого вала 5 может быть выполнен в виде поршня 11, закрепленного на наружной поверхности двигателя 3. The axial movement of the flexible shaft 5 can be made in the form of a piston 11, mounted on the outer surface of the engine 3.

Промывка каналов перфорации осуществляется через систему промывочных каналов 12, выполненных в режущей головке 7. The washing of the perforation channels is carried out through a system of washing channels 12 made in the cutting head 7.

При значении пластового давления, равного гидростатическому давлению, используют промывочную жидкость с удельным весом, меньшим удельного веса пластового флюида, а при превышении гидростатического давления величины пластового давления целесообразно использовать аэрированную промывочную жидкость. If the reservoir pressure is equal to hydrostatic pressure, a flushing fluid with a specific gravity less than the specific gravity of the reservoir fluid is used, and when the hydrostatic pressure exceeds the reservoir pressure, it is advisable to use an aerated flushing fluid.

Также целесообразно давление промывочной жидкости поддерживать меньшим величины пластового давления, что дополнительно с соблюдением вышеназванных условий и рекомендаций позволит максимально сохранить первоначальные естественные значения коллекторских свойств вскрываемого пласта и обеспечить приток пластового флюида в ствол скважины в процессе сверления каналов перфорации. It is also advisable to keep the pressure of the flushing fluid lower than the reservoir pressure, which, in addition to observing the above conditions and recommendations, will maximize the initial natural values of the reservoir properties of the reservoir being opened and ensure the flow of reservoir fluid into the wellbore during drilling of perforation channels.

Кроме того, возможность в описанном примере реализации способа соединения перфорационного устройства, например, корпуса забойного гидравлического двигателя с грузонесущим кабелем 13 позволит производить подъем гибкого вала на дневную поверхность для смены износившейся режущей головки без подъема и спуска колонны труб, что снижает трудоемкость работ и упрощает способ. In addition, the possibility in the described example of the method of connecting a perforating device, for example, the case of a downhole hydraulic motor with a load-carrying cable 13, will allow the flexible shaft to be lifted to the day surface to change a worn cutting head without raising and lowering the pipe string, which reduces the complexity of the work and simplifies the method .

Claims

1. A method for deep perforation of cased wells, including descent into a well on a pipe string of a perforating device with a cutting tool at the end of a flexible shaft, locking the device in a wellbore in a predetermined interval and drilling perforation channels with a cutting tool by communicating rotation and axial movement by supplying working fluid on the mechanisms of rotation of the flexible shaft and its axial movement, characterized in that the drilling of the perforation channels is carried out simultaneously with washing the latter by Go to the cutting tool and into the zone of its contact with the drilling fluid, which is used as a flushing fluid pumped sequentially through the pipe string, the mechanism of rotation of the flexible shaft, which uses a hydraulic downhole motor, and communicating with the output shaft of the latter channel made in a flexible shaft.

2. The method according to p. 1, characterized in that the use of washing fluid with a specific gravity less than the specific gravity of the reservoir fluid.

3. The method according to p. 2, characterized in that the pressure of the flushing fluid is maintained lower than the reservoir pressure.

4. The method according to p. 1, characterized in that use aerated washing liquid.