Перфоратор гидравлический двухсторонний

Полезная модель относится к нефтяной, газовой и вододобывающей отраслям промышленности и может быть использована при перфорации скважин для вторичного вскрытия, в том числе в режиме депрессии, и может быть применена при проведении перфорации в эксплуатационной колонне с последующей обработкой призабойной зоны скважины, при проведении перфорации в кислотной среде во всех типах коллекторов, для создания специальных отверстий при проведении водоизоляционных работ, для создания специальных отверстий в эксплуатационной колонне при наращивании цементного кольца за эксплуатационной колонной.
Известен гидромеханический щелевой перфоратор (патент RU №2495233, МПК Е21В 43/112, дата подачи заявки 09.04.2012, опубликовано 10.10.2013 г), включающий корпус, расположенные в корпусе поршень-толкатель и режущий узел, установленный с возможностью выдвигания из корпуса при перемещении поршня-толкателя, по меньшей мере, одну гидромониторную насадку и промывочный узел, включающий фильтр, соединенный с корпусом промывочного узла, имеющий рабочие каналы и осевой канал с посадочным гнездом для шара. Рабочие каналы сообщают полость между фильтром и корпусом промывочного узла с надпоршневой полостью корпуса перфоратора. Корпус промывочного узла выполнен с радиальными каналами, соединенными с осевым каналом и сообщенными с затрубным пространством посредством кольцевой проточки на внешней поверхности корпуса промывочного узла и сообщенными с ней радиальными каналами, выполненными в корпусе перфоратора, охватывающем корпус промывочного узла.
Недостатками устройства являются:
- низкая надежность, появление люфтов, преждевременный износ и возможность поломки осей и механизма выдвижения, что может привести к возникновению аварийной ситуации;
- низкая эффективность вскрытия пластов, обусловленная тем, что гидромониторные каналы резцов обладают низкой пропускной способностью, следствии чего не возможно произвести глубокое кислотное воздействие на призабойную зону пластов (ПЗП);
- ограниченные функциональные возможности, так как невозможно извлечь продукты реакции кислоты с породой после гидромониторного воздействия на породы пластов.
Также известно устройство для создания перфорационных каналов в скважине (патент RU №124921, МПК Е21В 43/112, дата подачи заявки 16.10.2012, опубликовано 20.02.2013 г.), содержащее корпус, образованный клином и, как минимум, двумя размещенными друг за другом гидроцилиндрами с циркуляционными каналами для сообщения с затрубным пространством. Шток-поршни гидроцилиндров соединены друг с другом, закреплены на опоре и имеют общий осевой канал. В гидроцилиндрах выполнены циркуляционные каналы. Один из шток-поршней образует с гидроцилиндром герметичную камеру, в которой находится воздух под атмосферным давлением, а другие - имеют переточные каналы, сообщающиеся с осевым каналом. По меньшей мере, два рабочих органа установлены в пазах опоры и клина с возможностью радиального возвратно-поступательного перемещения. Рабочие органы имеют гидромониторные каналы, сообщающиеся с осевым каналом шток-поршней посредством трубок.
Недостатками устройства являются:
- сложность изготовления, выполнение гидромониторных каналов посредством трубок, что влечет за собой обеспечение дополнительной герметизации и снижает надежность, необходимость приложения дополнительного усилия «растяжения» колонны насосно-компрессорных труб для приведения устройства в рабочее положение;
- низкая эффективность вскрытия пластов, обусловленная тем, что гидромониторные каналы резцов обладают низкой пропускной способностью, следствии чего не возможно произвести глубокое кислотное воздействие на призабойную зону пластов (ПЗП);
- ограниченные функциональные возможности, так как невозможно извлечь продукты реакции кислоты с породой после гидромониторного воздействия на породы пластов.
Наиболее близким по технической сущности является перфоратор гидравлический двухсторонний (патент RU №187183, МПК Е21В 43/112, дата подачи заявки 22.10.2018, опубликовано 22.02.2019 г.), содержащий как минимум один цилиндр и корпус перфоратора, соединенные между собой резьбовым соединением, как минимум один поршень и клин, также соединенные между собой резьбовым соединением, с центральным каналом, выполненным в теле каждого, в пазы клина вставлены резцы, содержащие каналы для проведения гидромониторной обработки, при этом резцы нижним краем упираются в упор, герметизация зазоров между цилиндрами, поршнями и штоком обеспечивается уплотнительными элементами, отличающийся тем, что на верхнем цилиндре установлен упор, который закреплен в цилиндре срезными винтами, а на упор завернут возвратный механизм, который заканчивается резьбой для присоединения к колонне насосно-компрессорных труб, при этом внутри возвратного механизма установлен дополнительный поршень, который соединен резьбовым соединением с верхним поршнем, в нижних частях дополнительного, верхнего и среднего поршней выполнены отверстия для подачи жидкости в надпоршневые полости цилиндров, причем возвратный механизм содержит отверстие для стравливания воздуха при сборке, которое после сборки герметизируется пробкой, в корпус перфоратора вставлен клин, который, в свою очередь, ввернут в нижний поршень, при этом клин содержит перепускные отверстия, а на конце нижнего поршня выполнено посадочное место под предохранительное кольцо, которое служит для предохранения от преждевременного срабатывания перфоратора при спуске, предохранительное кольцо фиксируется гайкой, а к корпусу перфоратора, на уровне положения резцов, с помощью винтов прикреплены две пластины, которые фиксируют резцы в осевом направлении относительно корпуса перфоратора. Недостатками устройства являются:
- низкая эффективность вскрытия пластов, обусловленная тем, что гидромониторные каналы резцов обладают низкой пропускной способности, следствии чего не возможно произвести глубокое кислотное воздействие на призабойную зону пластов (ПЗП).
- во-вторых, ограниченные функциональные возможности, так как невозможно извлечь продукты реакции кислоты с породой после гидромониторного воздействия на породу пластов.
Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, являются повышение эффективности вскрытия продуктивного пласта и расширение функциональных возможностей.
Поставленные технические задачи решаются перфоратором гидравлическим двухсторонним, содержащим верхний, средний и нижний цилиндр и корпус перфоратора, соединенные между собой резьбовым соединением, верхний, средний и нижний поршень и клин, также соединенные между собой резьбовым соединением, с центральным каналом, выполненным в теле каждого, в пазы клина вставлены резцы, содержащие каналы для проведения гидромониторной обработки, при этом резцы нижним краем упираются в упор, герметизация зазоров между верхним, средним и нижним цилиндрами, верхним, средним и нижним поршнями и штоком обеспечивается уплотнительными элементами.
Новым является то, что на верхнем цилиндре установлен упор, который закреплен в цилиндре срезными винтами, а на упор завернут возвратный механизм, который заканчивается резьбой для присоединения к колонне насосно-компрессорных труб, при этом внутри возвратного механизма установлен дополнительный поршень, который соединен резьбовым соединением с верхним поршнем, в нижних частях дополнительного, верхнего и среднего поршней выполнены отверстия для подачи жидкости в надпоршневые полости цилиндров, причем возвратный механизм содержит отверстие для стравливания воздуха при сборке, которое после сборки герметизируется пробкой, в корпус перфоратора вставлен клин, который, в свою очередь, ввернут в нижний поршень, при этом клин содержит перепускные отверстия, а на конце нижнего поршня выполнено посадочное место под предохранительное кольцо, которое служит для предохранения от преждевременного срабатывания перфоратора при спуске, предохранительное кольцо фиксируется гайкой, а к корпусу перфоратора, на уровне положения резцов, с помощью винтов прикреплены две пластины, которые фиксируют резцы в осевом направлении относительно корпуса перфоратора, причем возвратный механизм над пробкой выше дополнительного поршня оснащен радиальными отверстиями герметично перекрытыми внутри втулкой, имеющей возможность ограниченного перемещения вниз и фиксации относительно возвратного механизма с открытием радиальных отверстий, при этом над возвратным механизмом установлен пакер с механической посадкой.
На чертеже изображен перфоратор гидравлический двухсторонний в продольном разрезе.
Перфоратор гидравлический двухсторонний содержит верхний 7, средний 8, нижний 9 цилиндры (см. чертеж) и корпус 13, соединенные между собой резьбовым соединением, верхний 10, средний 11, нижний 12 поршни и клин 16, также соединенные между собой резьбовым соединением, с центральным каналом 22, выполненным в теле каждого. На верхнем цилиндре 7 установлен упор 4, который закреплен в цилиндре 7 срезными винтами 5. На упор 4 завернут возвратный механизм 2.
Внутри возвратного механизма 2 установлен дополнительный поршень 3, который соединен резьбовым соединением с верхним поршнем 10, в нижних частях дополнительного 3, верхнего 10 и среднего 11 поршней выполнены отверстия 23 для подачи жидкости в надпоршневые полости верхнего 10, среднего 11 и нижнего 12 поршней. Возвратный механизм 2 содержит отверстие для стравливания воздуха при сборке, которое после сборки герметизируется пробкой 6. В корпус перфоратора 13 вставлен клин 16, который, в свою очередь, ввернут в нижний поршень 12. Клин 16 содержит перепускные отверстия 24. На конце нижнего поршня 12 выполнено посадочное место под предохранительное кольцо 15, которое служит для предохранения от преждевременного срабатывания перфоратора при спуске. Предохранительное кольцо 15 фиксируется гайкой 14. В пазы клина 16 вставлены резцы 17, содержащие каналы 25 для проведения гидромониторной обработки. К корпусу 13, на уровне положения резцов, с помощью винтов 18 прикреплены две пластины 19, которые фиксируют резцы 17 в осевом направлении относительно корпуса 13. Резцы 17 нижним краем упираются в упор 20, зафиксированным башмаком 21. Герметизация зазоров между цилиндрами, поршнями и штоком обеспечивается уплотнительными элементами.
Возвратный механизм 2 над пробкой 6 выше дополнительного поршня 3 оснащен радиальными отверстиями 26, например в количестве 8 отверстий диаметром 20 мм герметично перекрытыми внутри втулкой 27, имеющей возможность ограниченного перемещения вниз и фиксации пружинным стопорным кольцом 28 относительно возвратного механизма 2 с открытием радиальных отверстий 26. В процессе перфорации обсадной колонны (вскрытии продуктивных пластов) втулка 27 зафиксирована относительно возвратного механизма срезным штифтом 29 в процессе кислотной обработки призабойных зон вскрытых пластов (ПЗП).
Пружинное стопорное кольцо 28, размещенное в наружной кольцевой выборке 30 втулки 27 находится в сжатом положении, вследствии взаимодействия с внутренними стенками возвратного механизма 2 и имеет возможность взаимодействия в разжатом положении с внутренней цилиндрической выборкой 31, выполненной в возвратном механизме 2.
Ограниченного перемещения втулки 27 вниз осуществляется благодаря кольцевому упору 32, выполненному в возвратном механизме 2 ниже ее внутренней цилиндрической выборкой 31.
Над возвратным механизмом 2 установлен пакер 34 с механической посадкой.
Уплотнительные кольца на фигуре не показаны, установленные на сопрягаемые поверхности деталей обеспечивают необходимую герметичность при работе перфоратора Работу с перфоратором гидравлическим двухсторонним производят следующим образом.
Верхнюю часть возвратного механизма 2 соединяют с пакером 34, а затем пакер 34 соединяют с колонной насосно-компрессорных труб 1. Далее перфоратор в сборе спускают на колонне насосно-компрессорных труб 1 в скважину на заданную глубину. Во время спуска колонна насосно-компрессорных труб 1 заполняется скважинной жидкостью через перепускные отверстия 24 в клине 16 и центральный канал 22. При достижении заданной глубины поднимают давление в колонне насосно-компрессорных труб 1. Подаваемая жидкость через отверстия 23 поступает в надпоршневые полости верхнего 10, среднего 11 и нижнего 12 поршней. Под давлением жидкости верхний 10, средний 11 и нижний 12 поршни перемещаются вниз и толкают клин 16. При этом разжимается предохранительное кольцо 15. Резцы 17 выдвигаются по направляющим пазам в пластинах 19 и при давлении 14,0-15,0 МПа прокалывают обсадную колонну и цементное кольцо. При достижении клином 16 нижнего положения, отверстия 24 в клине 16 и каналы 25 в резцах 17 совмещаются, открывается канал для проведения гидромониторной обработки призабойной зоны. После окончания гидромониторной обработки стравливают давление. За счет разницы давлений над и под поршнем 3 внутри возвратного механизма 2 поршень 3 двигается вверх и тянет верхний 10, средний 11, нижний 12 поршни и клин 16, при этом резцы 17 выходят из отверстий в обсадной колонне. Предохранительное кольцо 15 возвращается на посадочное место на цилиндре 12. Если усилия в возвратном механизме не хватает, производят натяжение колонны насосно-компрессорных труб 1, при этом срезаются срезные винты 5 и упором 4 вытягивают верхний 10, средний 11, нижний 12 поршни с клином 16 в транспортное положение. При необходимости перфорации (вскрытия) других продуктивных пластов перфоратор устанавливают на следующий интервал прокалывания. Работы по прокалыванию перфоратором обсадной колонны скважины и вскрытию продуктивных пластов проводят снизу вверх.
После окончания перфорации одного продуктивного пласта или нескольких перфорации продуктивных пластов в колонну насосно-компрессорных труб 1 сбрасывают бросовый элемент, например шар, который садится сверху на втулку 27. Создают в колонне насосно-компрессорных труб 1 гидравлическое давление, например 7,0 МПа и разрушают срезной штифт 29. В результате под действием гидравлического давления втулка 27 перемещается вниз, при этом открываются радиальные отверстия 26, а втулка 27 нижним торцом взаимодействует с кольцевым упором 32, при этом пружинное стопорное кольцо 28, размещенное в наружной кольцевой выборке 30 втулки 27 разжимается во внутренней цилиндрической выборке 31 возвратном механизме 2. Таким образом втулка 27 фиксируется относительно возвратного механизма 2.
После открытия радиальных отверстий 26 возвратного механизма 2 производят посадку пакера 33 механического действия, например осевым перемещением колонны насосно-компрессорных труб 1 вверх на 1 м с последующим ходом колонны насосно-компрессорных труб вниз до фиксации пакера 33 в скважине и разгрузки веса колонны насосно-компрессорных труб 1 на пакер 33.Далее по колонне насосно-компрессорных труб 1 через радиальные отверстия 26 возвратного механизма 2 закачивают кислоту во все вскрытые перфоратором продуктивные пласты и оставляют на ожидание реакции кислоты с породами продуктивных пластов, например 8 часов.
После окончания ожидания реакции кислоты с породами продуктивных пластов с помощью геофизического подъемника производят освоение вскрытых пластов свабированием по колонне насосно-компрессорных труб 1.
Наличие пакера 33 позволяет кратно сократить объемы откачиваемой пластовой жидкости при освоении вскрытых пластов. Кроме того, пакер выполняет роль центратора, благодаря чему резцы 17 прокалывают в обсадной колонне симметричные отверстия с равной глубиной.
Повышается эффективность вскрытия пластов перфоратом, вследствии того, что после перфорации всех продуктивных пластов снизу вверх производят посадку пакера и кислотную обработку продуктивных пластов "общим фильтром", т.е через радиальные отверстия 26 устройства закачивают кислоту с целью обработки ПЗП вскрытых продуктивных пластов, а после чего удаляют продукты реакции кислоты с породой.
Расширяются функциональные возможности устройства, так как продукты реакции кислоты с породой после кислотной обработки вскрытых пластов извлекаются через открытые радиальные отверстия 26 перфоратора при посаженном в скважине пакере по колонне НКТ с помощью сваба без извлечения перфоратора из скважины.
Перфоратор гидравлический двухсторонний позволяет:
- повысить эффективность вскрытия пластов;
- расширить функциональные возможности.