УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРФОРАЦИИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ

Техническое решение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к области бурения и ремонта нефтяных скважин для создания перфорационных каналов в обсадной колонне.
Известно «Устройство для перфорации ствола скважины с низким пластовым давлением» (патент RU №2315176, МПК Е21В 43/11, опубл. 20.01.2008 Бюл. №2), спускаемое на колонне труб, включающее трубчатый корпус, соединенный с поршнем, поджатым пружиной вверх, и клиновым толкателем с резцедержателями и рабочими резцами, опорный корпус, взаимодействующий снизу с резцедержателями, пусковой золотниковый корпус, установленный с возможностью продольного перемещения относительно трубчатого корпуса, и кожух, соединенный жестко с опорным корпусом и установленный снаружи поршня с возможностью герметичного продольного перемещения относительно него вверх, отличающееся тем, что трубчатый корпус и золотниковый корпус соединены жестко соответственно с поршнем и с колонной труб, а в верхней части трубчатый корпус снабжен радиальными каналами, выполненными с возможностью герметичного перекрытия золотниковым корпусом при его перемещении вниз, при этом кожух снабжен сверху цилиндрическим патрубком, герметично охватывающим трубчатый корпус и оснащенным снаружи на верхнем конце расширяющимся вверх конусным выступом, причем цилиндрический патрубок оснащен якорем, установленным с возможностью возвратно-поступательного и вращательного перемещения, состоящим из корпуса с направляющим штифтом, подпружиненных наружу центраторов с поджатыми внутрь плашками, выполненными с возможностью взаимодействия с конусным выступом в рабочем положении, при этом на наружной поверхности цилиндрического патрубка выполнены взаимодействующие с направляющим штифтом проточки, состоящие из продольных короткого и длинного пазов, соединенных фигурными пазами, верхний из которых, соединенный со средней частью длинного паза, оснащен технологической выборкой так, что при неконтролируемом возвратно-поступательном перемещении якоря относительно цилиндрического патрубка направляющий штифт располагается вне верхней части длинного паза, а при расчетном ограниченном перемещении якоря вниз относительно цилиндрического патрубка с последующем подъемом направляющий штифт будет располагаться в верхней части длинного паза - рабочее положение, при этом золотниковый корпус выполнен с возможностью взаимодействия с конусным выступом цилиндрического патрубка при его перемещении вниз относительно трубчатого корпуса.
Известен также «Гидромеханический перфоратор для труб» (патент RU №2533514, МПК Е21В 43/112, опубл. 20.11.2015 Бюл. №32), содержащий корпус с силовым поршнем и пробойником, цилиндром с полым плунжером внутри, связанным со штоком, входящим в масляную камеру, отличающийся тем, что цилиндр снабжен ввертышем и переходником, связанными друг с другом тарированным срезным элементом, переходник снабжен гильзой с внутренним кольцевым выступом, полый плунжер снабжен удлинителем, установленным внутри гильзы с образованием телескопического соединения, осевой канал переходника гидравлически связан отверстиями с осевым каналом цилиндра, осевой канал полого плунжера связан циркуляционными отверстиями в его теле с перепускными отверстиями цилиндра, осевой канал удлинителя связан радиальными отверстиями в его теле с кольцевой камерой между гильзой и удлинителем и снабжен седлом с шаровым клапаном, связанным с ним срезным элементом, гильза снабжена гидравлическими каналами, выполненными с возможностью связи кольцевой камеры с осевым каналом цилиндра, причем кольцевая камера под полым плунжером гидравлически связана каналами с затрубным пространством, корпус снабжен стаканом с ограничительным выступом, а силовой поршень установлен внутри с возможностью осевого перемещения и взаимодействия с ограничительным выступом в крайнем положении.
Недостатками перечисленных устройств являются сложность изготовления заливных конструктивных элементов, а при их выходе из строя необходима замена нескольких сложных деталей, что приводит к большим материальным затратам.
Известен также «Гидромеханический щелевой перфоратор» (патент RU №2495233, МПК Е21В 43/112, опубл. 10.10.2013 Бюл. №28), включающий корпус, расположенные в нем 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, причем рабочие каналы сообщают полость между фильтром и корпусом промывочного узла с надпоршневой полостью корпуса перфоратора, при этом 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 данного устройства являются сложность изготовления заливных конструктивных элементов, а при их выходе из строя необходима замена нескольких сложных деталей, что приводит к большим материальным затратам, также высока вероятность при использовании двух бросовых элементов с устья, что будет сбит верхний элемент с разрушением сбивных клапанов, что потребует дополнительных спускоподъемных и ремонтных операций для ввода устройства в рабочее состояние.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для создания перфорационных каналов в обсадной колонне скважины» (патент RU №2098607, МПК Е21В 43/114, опубл. 10.12.1997 Бюл. №34), включающее трубчатый корпус с размещенным на нем гидроцилиндром с подпружиненным поршнем, клиновой толкатель и резцедержатель с перфорационными резцами, взаимодействующий с клиновым толкателем, причем поршень выполнен с хвостовиком, а трубчатый корпус с клапаном 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 трубчатого корпуса, а резцедержатель размещен на конце хвостовика.
Недостатками этого устройства является размещение заливного клапана в трубчатом корпусе, а при выходе из строя клапана необходима замена или ремонт дорогого трубчатого корпуса, что приводит к большим материальным затратам.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание простой надежной конструкции устройства для создания перфорационных каналов в обсадной колонне скважины, позволяющей быстро и дешево менять заливной клапан.
Техническая задача решается устройством для создания перфорационных каналов в обсадной колонне скважины, спускаемым на колонне труб, включающим трубчатый корпус с размещенным с соединенным с ним с возможностью возвратно-поступательного перемещения гидроцилиндром с подпружиненным вверх поршнем и хвостовиком на конце, соединенный с поршнем клиновой толкатель, резцедержатель с перфорационными резцами, взаимодействующий с клиновым толкателем с возможностью радиального перемещения относительно хвостовика, и заливной клапан трубчатого корпуса с седлом, причем трубчатый корпус выполнен с возможностью передачи перемещения вверх поршню при его крайнем нижнем положении относительно гидроцилиндра.
Новым является то, что седло клапана расположено в клапанном корпусе, соединенном снизу с трубчатым корпусом и снабженном дополнительным каналом, сообщающим колонну труб с трубчатым корпусом, при этом седло выполнено с возможностью взаимодействия с бросаемым с устья шаром-клапаном и сообщено снизу с внутрискважинным пространством, а сверху - с дополнительным каналом.
На фиг. 1 изображена верхняя часть устройства в продольном разрезе.
На фиг. 2 изображена нижняя часть устройства в продольном разрезе.
Устройство для перфорации ствола скважины (не показан), спускаемое на колонне труб 1 (фиг. 1), включает трубчатый корпус 2 с поджатым пружиной 4 вверх поршнем 5, соединенный с трубчатым корпусом 2 с возможностью возвратно-поступательного перемещения гидроцилиндр 3 (фиг. 1 и 2) с хвостовиком 6 (фиг. 2) на конце, соединенный с поршнем 5 клиновой толкатель 7, резцедержатель 8 с перфорационными резцами 9, взаимодействующий с клиновым толкателем 7 с возможностью радиального перемещения относительно хвостовика 6, и заливной клапан 10 (фиг. 1) с седлом 11. Трубчатый корпус 2 выполнен с возможностью передачи перемещения вверх поршню 5 при его крайнем нижнем положении относительно гидроцилиндра 3. Трубчатый корпус 2 может быть установлен сверху гидроцилиндра 3 (см. фиг. 1 и 2) или внутри поршня (см. патенты RU №№2137913, 2395671 или т.п.). Количество гидроцилиндров 3 (фиг. 1 и 2) и поршней установленных друг над другом соответственно выбирается от необходимого усилия, передаваемого через клиновой толкатель 7 (фиг. 2) на резцедержатель 8 и резцы 9 для перфорации (вскрытия) стенок скважины - обсадной колонны (не показана). Седло 11 (фиг. 1) клапана 10 расположено в клапанном корпусе 12, соединенным снизу с трубчатым корпусом 2 и снабженным дополнительным каналом 13. Дополнительный канал 13 сообщает колонну труб 1 с трубчатым корпусом 2. Седло 11 выполнено с возможностью взаимодействия с бросаемым с устья (не показано) шаром-клапаном 10. Седло 11 клапана 10 сообщено снизу с внутрискважинным пространством боковым каналом 14, а сверху - с дополнительным каналом 13. Конструктивные элементы, принципиально не влияющие на работоспособность устройства, и уплотнения не пронумерованы или не показаны.
Устройство работает следующим образом.
Перед спуском к трубчатому корпусу 2 (фиг. 1) сверху присоединяют клапанный корпус 12 с седлом 11. При спуске устройства в скважину на колонне труб 1 скважинная жидкость проходит через боковой канал 14 и седло 11, заполняя колонну труб 1. При этом воздух из устройства выходит по дополнительному каналу 13, замещаясь скважинной жидкостью, уменьшая плавучесть всего устройства и колонны труб 1 и исключая переливы большого количества скважинной жидкости на устье скважины. По достижении интервала перфорации в скважине, спуск останавливают, шар - клапан 10 бросают с устья и он садится в свое седло 11 под действием своего веса (в вертикальных и наклонных скважинах) или потока закачиваемой с устья жидкости (в горизонтальных и сильно наклонных скважинах), подготавливая тем самым устройство к работе. Чтобы облегчить попадание клапана 10 в седло 11, сверху седло 11 оснащают, например, расширяющимся раструбом 15. Для вскрытия в режиме депрессии могут уменьшать уровень жидкости в скважине компрессором (не показан) выдавливая жидкость из внутрискважинного пространства через боковой канал 14 и клапан 10 в колонну труб 1. Клапан 10 при этом исключает обратный переток жидкости из колонны труб 1 в скважину.
Процесс перфорации ствола скважины начинают закачкой в колонну труб 1 с устья скважины жидкости насосом (не показан). Жидкость через дополнительный канал 13 и отверстие 16 (фиг. 1 и 2) поступает в верхнюю полость гидроцилиндра 3, перемещая поршень 5 вниз вместе с прикрепленным к нему клиновым толкателем 7 (фиг. 2). При этом пружина 4 (фиг. 1) сжимается, клиновой толкатель 7 (фиг. 2) раздвигает резцедержатели 8, удерживаемые от осевого перемещения концом хвостовика 6, а резцы 9 внедряются и прорезают в радиальном направлении перфорационные отверстия в обсадной колонне скважины.
После окончания перфорации стенок скважины закачку жидкости прекращают и сбрасывают давление на устье до атмосферного. Колонну труб 1 (фиг. 1) приподнимают, при этом гидроцилиндр 3 с хвостовиком 6 (фиг. 2) остаются на месте, удерживаемые внедренными в перфорируемую обсадную колонну резцами 9, а трубчатый корпус 2 (фиг. 1), сжимая пружину 4, вытягивает вверх поршни 5 с клиновым толкателем 7 (фиг. 2). Скважинная жидкость через отверстие 17 поступает в нижнюю полость гидроцилиндра 3, а жидкость из верхней полости гидроцилиндра 3 через отверстие 16 поступает в колонну труб 1 (фиг. 1), при этом резцы 9 (фиг. 2) извлекаются из перфорируемой обсадной колонны клиновым толкателем 7 (благодаря соединению типа «ласточкин хвост», Т-образному соединению или т.п. его с резцедержателями 8). После освобождения резцов 9 от взаимодействия с обсадной колонной пружина 4 (фиг. 1) возвращает устройство в первоначальное состояние. При необходимости, сместив устройство в новый интервал перфорации, процесс перфорации повторяют.
Для проведения химической обработки вскрытых интервалов и извлечения устройства из скважины клапан 11 вымывают из седла 10 и колонны труб 1 обратной промыкой с устья жидкостью, которая проходит по внутрискважинному пространству, боковой канал 14, седло 10 в колонну труб 1 и далее на поверхность. При этом обеспечивается сообщение внутрискважинного пространства с колонной труб 1 через открытое седло 10. Через открытое седло можно закачивать необходимые реагенты или вести прямую промывку скважины, а при подъеме устройства жидкость из колонны труб 1 вытекает во внутрискважинное пространство, исключая ее излив на устье.
При выходе из строя клапана 10, можно осуществить простую замену клапанного корпуса 12 с каналом 13 и клапаном 10. А вышедший из строя клапан 10 просто ремонтируется простой заменой клапана 10 и/или притиркой его к седлу 11, так как клапанный корпус 12 имеет компактные размеры, дешев, удобен и прост в изготовлении и ремонте.
Предлагаемая конструкция конструкции устройства для создания перфорационных каналов в обсадной колонне скважины проста и надежна, при этом позволяет быстро и дешево менять, изготовлять и ремонтировать заливной клапан.