RU67631U1

RU67631U1 - HYDRO-MECHANICAL HOLE PUNCH PERFORATOR

Info

Publication number: RU67631U1
Application number: RU2007126989/22U
Authority: RU
Inventors: Игорь Александрович Гостев
Original assignee: Игорь Александрович Гостев
Priority date: 2007-07-16
Filing date: 2007-07-16
Publication date: 2007-10-27

Abstract

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, а именно к устройству для вторичного вскрытия пластов путем создания продольных перфорационных щелей в обсадных (эксплуатационных) колоннах и формирования фильтрационных каналов в призабойной зоне пласта. В корпусе перфоратора герметично установлены относительно друг друга верхний гидроцилиндр и нижний гидроцилиндр с размещенным в нем поршнем-толкателем, связанным с узлом выдвижения режущего инструмента. Верхний гидроцилиндр состоит из, по меньшей мере, двух секций в виде гидроцилиндров, размещенных последовательно в контакте друг с другом, каждый из которых содержит поршень со штоком, имеющим центральный канал, и средоразделитель, установленный с возможностью образования камеры между ним и поршнем последующего гидроцилиндра. Дополнительное усилие, создаваемое составным верхним гидроцилиндром, позволяет формировать перфорационные щели в стенках колонн, имеющих повышенную прочность, а также малый диаметр.The invention relates to the field of drilling and operation of oil, gas and injection wells, and in particular to a device for the secondary opening of formations by creating longitudinal perforations in the casing (production) columns and the formation of filtration channels in the bottomhole formation zone. The upper hydraulic cylinder and the lower hydraulic cylinder are tightly mounted relative to each other in the puncher body with a pusher-plunger placed in it and connected to the extension unit of the cutting tool. The upper hydraulic cylinder consists of at least two sections in the form of hydraulic cylinders arranged sequentially in contact with each other, each of which contains a piston with a rod having a central channel, and a medium separator installed with the possibility of forming a chamber between it and the piston of the subsequent hydraulic cylinder. The additional force created by the composite upper hydraulic cylinder allows the formation of perforation slots in the walls of the columns having increased strength and also a small diameter.

Description

Полезная модель относится к области бурения и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, а именно к устройству для вторичного вскрытия пластов путем создания продольных перфорационных щелей в обсадных (эксплуатационных) колоннах и формирования фильтрационных каналов в призабойной зоне пласта.The utility model relates to the field of drilling and operation of oil, gas and injection wells, and in particular to a device for the secondary opening of formations by creating longitudinal perforation slots in casing (production) columns and forming filtration channels in the bottomhole formation zone.

Из уровня техники известны устройства для щелевой перфорации обсадных колонн, основанные на использовании выдвижного накатного режущего инструмента. Такое устройство раскрыто, например, в RU 2151858 С1, 27.06.2000, RU 2180038 C1, 27.02.2002, в US 4119151 A1, 10.10.1978. Описываемые устройства отличаются в основном конструкцией механизма крепления и выдвижения режущего инструмента.The prior art devices for slotted perforation of casing strings based on the use of a retractable rolling cutting tool. Such a device is disclosed, for example, in RU 2151858 C1, 06/27/2000, RU 2180038 C1, 02/27/2002, in US 4119151 A1, 10/10/1978. The described devices differ mainly in the design of the mechanism of attachment and extension of the cutting tool.

Основным недостатком приведенных устройств является быстрый износ рабочих деталей, в том числе элементов, на которых крепится накатной ролик, сложность замены режущего инструмента, при которой требуется полная разборка устройства, а также недостаточная мощность прорезания.The main disadvantage of the above devices is the rapid wear of working parts, including the elements on which the rolling roller is mounted, the difficulty of replacing the cutting tool, which requires complete disassembly of the device, as well as insufficient cutting power.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого устройства можно считать гидромеханический скважинный перфоратор по патенту RU 2182221 C1, МПК 7 Е21В 43/114, 10.05.2002. Перфоратор содержит корпус, режущий инструмент в виде накатного диска, гидромониторную насадку, полый шток-фильтр, два гидроцилиндра (верхний и нижний) и поршень-толкатель с гидроканалами, связанный с осью накатного диска, расположенной в направляющих пазах боковых пластин, которые охватывают клиновой паз, содержащий съемные пластины. Его составные детали просты в изготовлении и легко заменяемы.The closest analogue (prototype) of the proposed device can be considered a hydromechanical downhole perforator according to the patent RU 2182221 C1, IPC 7 ЕВВ 43/114, 05/10/2002. The perforator contains a housing, a cutting tool in the form of a rolling disk, a hydraulic nozzle, a hollow rod filter, two hydraulic cylinders (upper and lower) and a piston-pusher with hydraulic channels associated with the axis of the rolling disk located in the guide grooves of the side plates that span the wedge groove containing removable plates. Its components are easy to manufacture and easy to replace.

Однако перфоратору данной конструкции не хватает усилий для прорезания эксплуатационной колонны малого диаметра из-за недостаточной мощности гидроцилиндров.However, the puncher of this design does not have enough effort to cut through the production casing of small diameter due to the insufficient power of the hydraulic cylinders.

Задачей предлагаемого решения является улучшение технологичности, повышение производительности процесса работы и надежности перфоратора, и, в конечном счете, повышение эффективности работы всей системы.The objective of the proposed solution is to improve manufacturability, increase the productivity of the work process and the reliability of the punch, and, ultimately, increase the efficiency of the entire system.

Технический результат, который обеспечивается решением приведенной задачи, заключается в получении значительного дополнительного усилия для формирования перфорационных щелей, что позволяет формировать продольные щели в эксплуатационных колоннах любого диаметра, имеющих более высокие прочностные и механические свойства. Предлагаемый перфоратор более универсальный и обеспечивает высокую скорость работы.The technical result, which is achieved by solving the above problem, is to obtain significant additional effort for the formation of perforation slots, which allows you to form longitudinal slots in production cores of any diameter having higher strength and mechanical properties. The proposed hammer drill is more versatile and provides high speed.

Указанный технический результат достигается тем, что в перфораторе скважинном гидромеханическом щелевом, содержащим корпус, герметично установленные относительно друг друга верхний гидроцилиндр и нижний гидроцилиндр с размещенным в нем поршнем-толкателем, связанным с узлом выдвижения режущего инструмента, верхний гидроцилиндр состоит из, по меньшей мере, двух секций в виде гидроцилиндров, размещенных последовательно в контакте друг с другом, каждый из которых содержит поршень со штоком, имеющим центральный канал, и средоразделитель, установленный с возможностью образования камеры между ним и поршнем последующего гидроцилиндра.The specified technical result is achieved by the fact that in the perforator borehole hydromechanical slotted, containing a housing, the upper hydraulic cylinder and the lower hydraulic cylinder sealed relative to each other with a pusher-plunger located in it, connected to the extension unit of the cutting tool, the upper hydraulic cylinder consists of at least two sections in the form of hydraulic cylinders placed sequentially in contact with each other, each of which contains a piston with a rod having a central channel, and a medium separator, installed with the possibility of the formation of a chamber between it and the piston of the subsequent hydraulic cylinder.

Дополнительное усилие, создаваемое составным верхним гидроцилиндром, позволяет формировать перфорационные щели в стенках колонн, имеющих повышенную прочность, а также малый диаметр.The additional force created by the composite upper hydraulic cylinder allows the formation of perforation gaps in the walls of the columns having increased strength and also a small diameter.

Величина дополнительного усилия Q на режущем инструменте, создаваемого одной дополнительной секцией гидроцилиндра, определяется уравнением:The magnitude of the additional force Q on the cutting tool created by one additional section of the hydraulic cylinder is determined by the equation:

Q=0,785×D²×p-Рз,Q = 0.785 × D ² × p-Pz,

где D - диаметр гидроцилиндра, см;where D is the diameter of the hydraulic cylinder, cm;

р - давление жидкости, подводимого к перфоратору, кгс/см²;p is the pressure of the fluid supplied to the perforator, kgf / cm ² ;

Рз - сила пружины при рабочей деформации, кгс.Rz - spring force during working deformation, kgf.

На фиг.1 схематично показан предлагаемый перфоратор, включающий нижний гидроцилиндр 1 с поршнем-толкателем 2, взаимодействующим с узлом выдвижения 3 рабочего инструмента (например, в виде одного или двух дисков), верхний гидроцилиндр 4, состоящий из четырех секций в виде четырех гидроцилиндров 5, каждый из которых содержит поршень 6 со штоком 7, имеющим центральный канал, и средоразделитель 8, установленные с образованием камер 9. Верхний гидроцилиндр установлен его верхним концом в муфте 10.Figure 1 schematically shows the proposed perforator, comprising a lower hydraulic cylinder 1 with a piston-pusher 2, interacting with the extension 3 of the working tool (for example, in the form of one or two disks), the upper hydraulic cylinder 4, consisting of four sections in the form of four hydraulic cylinders 5 , each of which contains a piston 6 with a rod 7 having a central channel, and a medium separator 8 installed with the formation of chambers 9. The upper hydraulic cylinder is installed with its upper end in the coupling 10.

Перфоратор работает следующим образом.The punch works as follows.

На колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) перфоратор спускается в скважину 11 в заданный интервал перфорации. Установив устройство в скважине, производят прямую промывку полости труб и устройства от различных механических примесей, окалины, попадающих в полость труб во время геофизических работ по привязке перфоратора к заданному интервалу. Затем в полость труб бросают шар малого диаметра, который перекрывает центральный промывочный канал. После этого в НКТ создают рабочее давление и начинают воздействовать на поршень-толкатель, который, передвигаясь поступательно вдоль оси прибора, выталкивает режущий узел с режущим инструментом в виде, например, одного или двух режущих дисков.On the tubing string (tubing), the perforator is lowered into the well 11 at a predetermined perforation interval. By installing the device in the well, a direct washing of the pipe cavity and the device is carried out from various mechanical impurities, scale, falling into the pipe cavity during geophysical work on binding the perforator to a predetermined interval. Then, a small diameter ball is thrown into the pipe cavity, which blocks the central flushing channel. After that, the working pressure is created in the tubing and begins to act on the plunger piston, which, moving progressively along the axis of the device, pushes the cutting unit with the cutting tool in the form, for example, of one or two cutting discs.

Далее показан пример создания рабочего давления в верхнем гидроцилиндре перфоратора, состоящем из четырех секций (с четырьмя гидроцилиндрами).The following is an example of creating working pressure in the upper hydraulic cylinder of a perforator, consisting of four sections (with four hydraulic cylinders).

Рабочая жидкость поступает в первую камеру первого из гидроцилиндров 5 под определенным давлением, за счет чего создается осевое усилие, которое передается на головку второго поршня 6.The working fluid enters the first chamber of the first of the hydraulic cylinders 5 under a certain pressure, due to which an axial force is created, which is transmitted to the head of the second piston 6.

Через центральный канал в штоке 7 первого поршня 6 жидкость поступает в камеру между средоразделителем первого гидроцилиндра 5 и поршнем второго гидроцилиндра 5 под тем же давлением. Второй поршень 6 также создает осевое усилие, которое передается на головку третьего поршня 6. Таким образом, усилие удваивается.Through the Central channel in the rod 7 of the first piston 6, the fluid enters the chamber between the medium separator of the first hydraulic cylinder 5 and the piston of the second hydraulic cylinder 5 under the same pressure. The second piston 6 also creates an axial force which is transmitted to the head of the third piston 6. Thus, the force is doubled.

Через центральный канал в штоке 7 второго поршня 6 жидкость поступает в камеру между средоразделителем второго гидроцилиндра 5 и поршнем 6 третьего гидроцилиндра 5 по тем же давлением. Осевое усилие утраивается.Through the Central channel in the rod 7 of the second piston 6, the fluid enters the chamber between the medium separator of the second hydraulic cylinder 5 and the piston 6 of the third hydraulic cylinder 5 at the same pressure. Axial force triple.

В конце концов, жидкость поступает в камеру между средоразделителем третьего поршня 6 и поршнем 6 четвертого гидроцилиндра 5 и также создает осевое усилие, которое, будучи увеличенным в четыре раза, передается на поршень - толкатель нижнего гидроцилиндра 1 и воздействует на режущий инструмент, что значительно повышает эффективность работы всей системы.In the end, the fluid enters the chamber between the medium separator of the third piston 6 and the piston 6 of the fourth hydraulic cylinder 5 and also creates an axial force, which, being quadrupled, is transmitted to the piston - the pusher of the lower hydraulic cylinder 1 and acts on the cutting tool, which significantly increases overall system performance.

Ступенчато создавая давление от 1,0 до 8,0 МПа в полости НКТ, перемещают перфоратор вверх-вниз, и производят постепенное вдавливание режущих дисков в стенку эксплуатационной колонны. За счет выполнения составного верхнего гидроцилиндра 4 и, по существу, составного поршня, увеличивается суммарная площадь поршней перфоратора, что позволяет получить значительное дополнительное усилие для формирования перфорационных щелей.By gradually creating a pressure of 1.0 to 8.0 MPa in the tubing cavity, the punch is moved up and down, and the cutting discs are gradually pressed into the wall of the production string. Due to the implementation of the composite upper hydraulic cylinder 4 and the essentially composite piston, the total area of the perforator pistons increases, which allows to obtain a significant additional force for the formation of perforation slots.

После образования перфорационных щелей в эксплуатационной колонне, давление, в полости труб, поднимают до 15,0 МПа, реализуя гидромониторный эффект струи. Струи жидкости, истекая из гидромониторных насадок с огромной скоростью, разрушают цементный камень и горную породу за эксплуатационной колонной, формируя After the formation of perforation slots in the production casing, the pressure in the pipe cavity is raised to 15.0 MPa, realizing the jet monitor effect. The jets of fluid flowing out of the hydraulic nozzles with great speed, destroy the cement stone and rock behind the production string, forming

фильтрационные каналы. Затем давление в полости труб снижается до атмосферного, и под действием возвратной пружины режущий узел втягивается в перфораторfiltration channels. Then the pressure in the pipe cavity decreases to atmospheric, and under the action of the return spring, the cutting unit is drawn into the perforator

Оптимальным параметром режущей поверхности режущего диска является ее угол обработки 90 град, что экономит усилие и время для прорезания щели, что позволяет производить работу перфоратором более длительное время без замены режущего узла.The optimal parameter of the cutting surface of the cutting disc is its angle of processing of 90 degrees, which saves effort and time for cutting the gap, which allows you to work with a puncher for a longer time without replacing the cutting unit.

Claims

A downhole hydromechanical slotted perforator containing a housing, an upper hydraulic cylinder and a lower hydraulic cylinder sealed relative to each other with a pusher-piston located therein, connected to an extension unit of a cutting tool, characterized in that the upper hydraulic cylinder consists of at least two sections in the form sequentially placed in contact with each other hydraulic cylinders, each of which contains a piston with a rod having a central channel, and a medium separator installed with the possibility of image chamber between it and the piston of the subsequent hydraulic cylinder.