УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПЕРФОРАЦИОННЫХ КАНАЛОВ В ОБСАДНОЙ КОЛОННЕ СКВАЖИНЫ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к области вторичного вскрытия пласта созданием перфорационных каналов в обсадной колонны скважины.
Известен «Гидромеханический скважинный перфоратор» (патент RU №2182221, Е21В 43/114, опубл. Бюл. №13 от 10.05.2002 г.), включающий корпус, выдвижной режущий инструмент в виде накатного диска, гидромониторную насадку, клиновой паз со съемными пластинами, расположенный под углом к оси устройства, ось накатного диска, которая выполнена ступенчатой с меньшим диаметром по концам и размещена в пазах, параллельных клиновому пазу, при этом устройство снабжено полым штоком-фильтром, расположенным в двух гидроцилиндрах, установленных герметично относительно друг друга, причем нижний гидроцилиндр снабжен подпружиненным поршнем-толкателем, который выполнен с центральным и боковым гидроканалами и связан с осью накатного диска посредством двух фигурных пластин, контактирующих со съемными пластинами клинового паза, а клиновой паз выполнен съемным и установлен в корпусе устройства с возможностью скольжения по обсадной колонне, во время работы накатного диска, при этом концы оси накатного диска расположены в направляющих пазах боковых пластин, которые охватывают клиновой паз, фигурные пластины и накатной диск с двух сторон, причем гидромониторная насадка выполнена в поршне-толкателе и соединена с боковым гидроканалом.
Недостатками данного устройства являются:
- постоянная циркуляция жидкости через боковой гидроканал с гидромониторной насадкой, что приводит к потерям нагнетаемой в цилиндры жидкости, снижению рабочего давления и, как следствие, к затратам энергии, то есть для поддержания рабочего давления необходима постоянная работа насосного агрегата;
- необходимость проведения спуско-подъемных операций для прорезания обсадной колонны при работающем насосном агрегате, что не безопасно для обслуживающего персонала;
- наличие больших осевых переменных нагрузок при прорезании обсадной колонны на резьбы колонны, находящейся под высоким давлением, на которой спущен данный перфоратор, что может привести к разрушению этих резьб;
- большие нагрузки на грузоподъемный механизм (агрегат) для перемещения перфоратора при вскрытии обсадной колонны.
Известно также «Устройство для создания перфорационных щелевых каналов» (а.с. SU №1776772, Е21В 43/114, опубл. Бюл. №43 от 23.11.1992 г.), содержащее корпус с продольным каналом и наклонными пазами, цилиндр с поршнем и режущий инструмент в виде резцов, шарнирно связанных с поршнем и установленных в наклонные пазы с возможностью перемещения, при этом поршень выполнен кольцевым, причем в каждом резце выполнен продольный канал с возможностью гидравлической связи с каналом корпуса в крайнем верхнем положении резца.
Недостатками данного устройства являются:
- постоянная циркуляция жидкости через отверстие в корпусе, что приводит к потерям нагнетаемой в цилиндр жидкости, снижению рабочего давления и, как следствие, к затратам энергии;
- наличие больших осевых растягивающих нагрузок, связанных с прорезанием каналов в обсадной колонне, на резьбы колонны, которая находится под избыточным давлением и на которой спущен данный перфоратор, что может привести к разрушению этих резьб;
- большие нагрузки на грузоподъемный механизм (агрегат) при вскрытии обсадной колонны.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для создания перфорационных каналов в обсадной колонне скважины» (патент RU №2098607, Е21В 43/114, опубл. Бюл. №34 от 10.12.1997 г.), включающее трубный корпус с размещенным на нем гидроцилиндром с подпружиненным поршнем, клиновой толкатель и резцедержатель с перфорационными резцами, взаимодействующий с клиновым толкателем, при этом поршень выполнен с хвостовиком, трубный корпус имеет соединение с хвостовиком для передачи возвратно-поступательного перемещения последнему при крайнем нижнем положении поршня, при этом гидроцилиндр выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно трубного корпуса, а резцедержатель размещен на конце хвостовика.
Недостатками данного устройства является отсутствие гидравлического размытия заколонного цементного камня и стенок скважины после вскрытия обсадной колонны.
Технической задачей предлагаемого устройства является создание колющего перфоратора с гидродинамическим воздействием на заколонный цементный камень и стенки скважины после создания перфорационных отверстий в обсадной колонне для повышения эффективности вторичного вскрытия.
Техническая задача решается устройством для создания перфорационных каналов в обсадной колонне скважины, включающим трубный корпус с размещенным на нем гидроцилиндром с хвостовиком и подпружиненным поршнем, которые выполнены с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно трубного корпуса, внутреннее пространство которого разобщено, при этом поршень оснащен снизу клиновым толкателем с переточными отверстиями, взаимодействующим с резцедержателями с перфорационными резцами, которые размещены на конце хвостовика с возможностью радиального возвратно-поступательного перемещения под действием клинового толкателя.
Новым является то, что оно снабжено дополнительными цилиндрами, соединенными сверху с гидроцилиндром и дополнительными поршнями, соединенными сверху с подпружиненным поршнем и с образованием между трубным корпусом и дополнительными поршнями кольцевую полость, сообщенную с надпоршневой полостью всех цилиндров, а переточные отверстия клинового толкателя изготовлены в виде каналов, выполненных в верхней части клинового толкателя со стороны его плоскостей, взаимодействующих с резцедержателями, причем подпружиненный поршень дополнительно подпружинен относительно гидроцилиндра, а трубный корпус разобщен глухой перегородкой, верхняя полость которого сообщена с кольцевой полостью, а нижняя - с подпоршневой полостью гидроцилиндра и переточными отверстиями, а также выполнена с возможностью взаимодействия с кольцевой полостью при перемещении подпружиненного поршня вниз, при этом резцедержатель с резцом снабжены гидромониторными каналами, выполненными с возможностью сообщения с переточными отверстиями клинового толкателя, при сообщении нижней полости трубного корпуса с кольцевой полостью.
Новым является также то, что количество последовательно установленных над гидроцилиндром дополнительных цилиндров с дополнительными поршнями не менее одного.
На Фиг.1 изображено устройство с частичным продольным разрезом.
На Фиг.2 изображен увеличенный разрез А-А.
Устройство для создания перфорационных каналов в обсадной колонне скважины включает трубный корпус 1 с размещенным на нем гидроцилиндром 2 с хвостовиком 3 и подпружиненным поршнем 4, которые выполнены с возможностью ограниченного верхним упором 5 трубного корпуса 1 осевого перемещения. Поршень 4 оснащен снизу клиновым
толкателем 6 с переточными отверстиями 7, взаимодействующим с резцедержателями 8 (см. Фиг.2) с перфорационными резцами 9, которые размещены на конце хвостовика 3 (см. Фиг.1) с возможностью радиального возвратно-поступательного перемещения под действием клинового толкателя 6. При этом конец хвостовика 3 может быть соединен с резцедержателями 8 при помощи радиальных направляющих 10, а клиновой толкатель 6 - с резцедержателями 8 (см. Фиг.2) соединением «ласточкин хвост» 11. Выше гидроцилиндра 2 (см. Фиг.1) могут быть закреплены один или несколько дополнительных цилиндров 12 с дополнительными поршнями 13, которые соединены с поршнем 4 и установлены так, что между трубным корпусом 1 и дополнительными поршнями 13 расположена кольцевая полость 14, сообщенная с надпоршневой полостью 15 всех цилиндров 2 и 12. Переточные отверстия 7 клинового толкателя 6 изготовлены в виде каналов, выполненных в верхней части клинового толкателя 7 со стороны его плоскостей 16, взаимодействующих с резцедержателями 8. Поршень 4 подпружинен вверх относительно гидроцилиндра 2 пружиной 17 сжатия, установленной между нижним упором 18 гидроцилиндра 2 и нижним упором 19 поршня 4, и относительно трубного корпуса 1 пружиной 20 сжатия, установленной между верхним упором 21 поршня 4 и упором 22 пальца 23, который закреплен внизу трубного корпуса 1 и проходящий через продольные проточки 24 поршня 4. Трубный корпус 1 разобщен глухой перегородкой 25, верхняя полость 26 которого сообщена с кольцевой полостью 14 каналом 27, а нижняя 28 - с переточными отверстиями 7 и через продольные проточки 24 с подпоршневой полостью 29 гидроцилиндра 2. Нижняя полость 28 трубного корпуса 1 выполнена также с возможностью взаимодействия с кольцевой полостью 14 при перемещении подпружиненного поршня 4 вниз благодаря технологическим отверстиям 30, выполненным в верхней части нижней полости 28. Резцедержатель 8 (см. Фиг.2) с резцом 9 снабжены гидромониторными каналами 31, выполненными с возможностью сообщения благодаря внутренней глухой проточке 32 резцедержателя 8 с переточными отверстиями 7 (см. Фиг.1) клинового толкателя 6, при сообщении нижней полости 28 трубного корпуса 1 с кольцевой полостью 14. Несанкционированные перетоки жидкости исключены благодаря уплотнениям 33, 34, 35, 36, 37, и 38.
Устройство работает следующим образом.
Верхним упором 5 трубного корпуса 1, снабженным резьбой 39, устройство присоединяют к колонне труб (на Фиг. не показаны), на которых устройство спускают в обсадную колонну скважины (на Фиг. не показаны). После спуска в требуемый интервал скважины в колонне труб, на которых спустили устройство, создают насосным агрегатом (на Фиг. не показан) избыточное давление, которое передается через верхнюю полость 26 трубного корпуса 1, канал 27 и кольцевую полость 14 в надпоршневые полости 15 всех
цилиндров 2 и 12. Так как верхний дополнительный цилиндр 12 упирается снизу в упор 5, фиксируя относительно трубного корпуса 1 все цилиндры 2 и 12 и хвостовик 3, вниз перемещаются поршни 4 и 13 с клиновым толкателем 6, который своими плоскостями 16 раздвигает резцедержатели 8 с резцами 9, перемещающиеся вдоль радиальных направляющих 10 хвостовика 3. В результате пружины 17 и 20 сжимаются, а резцы 8 прорезают в обсадной колонне перфорационные каналы (на Фиг. не показаны). При этом технологические отверстия 30 и уплотнения 36 сообщаются с кольцевой полостью 14, а переточные отверстия 7 клинового толкателя 6 через проточку 32 сообщаются с гидромониторными каналами 31. В результате жидкость из верхней полости 26 трубного корпуса 1, огибая глухую перегородку 25 и проходя через кольцевую полость 14, нижнюю полость 28, внутреннюю полость 40, переточные отверстия 7, проточку 32 и гидромониторные каналы 31 подается под давлением в перфорационные каналы, вымывая цементный камень (на Фиг. не показан) из затрубья обсадной колоны и создавая каверны (на Фиг. не показаны) в стенках скважины. Все это происходит после практически полного прорезания перфорационных каналов.
Несмотря на то, что при сообщении нижней полости 28 трубного корпуса 1 с кольцевой полостью 14 давление в надпоршневой полости 15 и подпоршневой полости 29 гидроцилиндра практически выравнивается, максимальный вылет резцов 9 за стенки обсадной колонны обеспечивается дополнительным(и) цилиндром(ами) 12 со своими поршнями, так как максимальное усилие для прорезания перфорационных каналов необходимо только в начальный момент, когда работают все цилиндры, до начала пластической деформации материала обсадной колонны.
Насосный агрегат отключают, выдерживают время до выравнивания давления, благодаря вытекающей через гидромониторные каналы 31 жидкости. Затем колонну труб с упором 5 и трубным корпусом 1 тянут вверх. При этом хвостовик 3, зафиксированный относительно обсадной колонны резцами 9 с резцедержателями 8, с цилиндрами 2 и 12 остаются на месте, а трубный корпус 1 поднимается вверх, до упора пальца 23 в верхний край продольных проточек 24 поршня 4, дожимая пружину 20 между упорами 21 и 22. При дальнейшем поднятии трубный корпус 1 при помощи пальца 23 увлекает вверх поршни 4 и 13 с клиновым толкателем 6, который благодаря соединению с резцедержателем 8 «ласточкин хвост» 11 (см. Фиг.2) извлекает резцы 9 из обсадной колонны. При этом жидкость из надпоршневых полостей 15 (см. Фиг.1) цилиндров 2 и 12 вдавливается через переточные отверстия 7 хвостовика 3. Далее пружина 17, разжимаясь и опираясь на нижний упор 18 гидроцилиндра 2, благодаря нижнему упору 19 возвращает поршни 4 и 13 в исходное состояние, а пружина 22 разжимаясь, втягивает трубный корпус 1 с пальцем 23
в цилиндры 2 и 12 до взаимодействия верхнего упора 5 с верхним цилиндром 12. Устройство готово к созданию новых перфорационных каналов в обсадной колонне без извлечения его на поверхность скважины.
При необходимости, устройство переносят в следующий интервал и цикл работы повторяют до получения необходимого количества отверстий.
Предлагаемое устройство позволяет создавать радиальные перфорационные каналы в скважине с гидродинамическим воздействием на заколонный цементный камень и стенки скважины только после их создания этих каналов, что повышает эффективность вторичного вскрытия.