УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАДИАЛЬНОГО ВСКРЫТИЯ ПЛАСТА
DEVICE FOR RADIAL STRATUM OPENING

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, в частности к оборудованию для вскрытия продуктивных пластов путем вырезки перфорационных окон в стенках обсадной колонны скважины и создания перфорационных каналов большой протяженности в породе продуктивного пласта.
Известно устройство для бурения многозабойной скважины [SU 1609930 А1, МПК Е21В 7/08, 1990.11.30], включающее цилиндрический корпус, режущий инструмент, привод вращения режущего инструмента, выполненный в виде забойного двигателя, приводной вал которого связан с режущим инструментом посредством гибкого вала, узел подачи режущего инструмента, узел фиксации корпуса.
Недостатком известного устройства является низкая надежность работы в связи с трудностью создания оптимальной нагрузки на режущий инструмент, т.к. давление промывочной жидкости в надпоршневой полости, необходимое для создания распорного усилия фиксации корпуса устройства в скважине, может не соответствовать необходимому давлению для создания оптимальной нагрузки на режущий инструмент. Износ инструмента в скважине невозможно проконтролировать, что снижает надежность вскрытия бокового канала в пласте. Сложно передать гибким валом достаточный крутящий момент и осевую нагрузку на инструмент. Дополнительно не надежен возврат гибкого вала и инструмента из бокового канала в исходное положение.
Известен способ и устройство для проходки горизонтальной скважины [SU 5413184 А, МПК Е21В 7/08, 1993.10.01], включающее закрепленный на НКТ корпус с отклоняющим каналом, режущий инструмент, привод вращения режущего инструмента, выполненный в виде забойного гидродвигателя, приводной вал которого связан с режущим инструментом посредством гибкого вала.
Недостатком данного устройства является сложность и неточность управления с устья скважины подачей режущего инструмента, что снижает надежность процесса вырезки перфорационного окна в обсадной колонне. Также сложно передать гибким валом достаточный крутящий момент и осевую нагрузку на режущий инструмент.
Известно также устройство для перфорации обсаженной скважины [RU 2230183 С1, МПК Е21В 43/114, 2004.06.10], включающее закрепленный на НКТ корпус с каналом, режущий инструмент, привод вращения режущего инструмента, выполненный в виде гидродвигателя, приводной вал которого связан с режущим инструментом посредством гибкого вала, установленного в канале корпуса, якорный узел, узел подачи режущего инструмента.
Недостатком данного устройства является сложность и неточность управления с устья скважины подачей режущего инструмента.
Ненадежным является в условиях скважины из-за наличия загрязнений пружинный возврат режущего инструмента в исходное положение, что может приводить к аварийным ситуациям.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является устройство для вскрытия пласта [RU 2070958 С1, МПК Е21В 43/11, 1996.12.27], включающее установленный в обсадной колонне на насосно-компрессорных трубах корпус с каналом, режущий инструмент, привод вращения режущего инструмента, выполненный в виде забойного двигателя, приводной вал которого связан с режущим инструментом посредством карданной передачи, с карданными шарнирами и промежуточными звеньями, узел подачи режущего инструмента, якорный узел.
Недостатком данного устройства является низкая надежность работы из-за кинематической сложности механизма узла подачи режущего инструмента и его возврата в исходное положение, а также трудности контроля давления на забое скважины и, следовательно, трудности создания оптимального усилия подачи режущего инструмента как в процессе врезания в стенку прорезаемой колонны, так и на выходе из нее.
Технической задачей создания изобретения является повышение эффективности и надежности работы устройства.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для радиального вскрытия пласта, включающем установленный в обсадной колонне на насосно-компрессорных трубах корпус с каналом, режущий инструмент, привод вращения режущего инструмента, выполненный в виде забойного двигателя, приводной вал которого связан с режущим инструментом посредством карданной передачи с карданными шарнирами и промежуточными звеньями, узел подачи режущего инструмента, якорный узел, согласно изобретению узел подачи режущего инструмента размещен в одном из промежуточных звеньев карданной передачи и состоит из установленного между карданными полумуфтами подпружиненного телескопического вала с ходом выдвижения и усилием сжатия пружины, обеспечивающими вскрытие обсадной колонны, в корпусе выполнено посадочное место с радиальными пазами со скосами на входе в канал, забойный двигатель в верхней части снабжен поворотным шарниром, обеспечивающим соединение с трубой колтюбинга, а в нижней части оснащен скошенными радиальными выступами, выполненными с возможностью расположения в радиальных пазах корпуса.
Устройство для радиального вскрытия пласта представлено на следующих чертежах: на фиг.1 представлен вертикальный разрез устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.
Устройство включает закрепленный на НКТ 1 корпус 2 с каналом 3, установленный посредством якорного узла 4 в обсадной колонне 5. Якорный узел 4 представляет собой механический якорь известной конструкции. В канале 3 корпуса расположен режущий инструмент 6 и жестко связанная с ним карданная передача 7, состоящая из карданных шарниров 8 и промежуточных звеньев 9. В верхнем промежуточном звене размещен узел подачи режущего инструмента, представляющий собой телескопический вал 10, две части которого связаны между собой штифтом 11, входящим в пазы 12, обеспечивающие заданный ход взаимного осевого их перемещения.
На концах телескопического вала 10 закреплены карданные полумуфты 13 и 14. Между верхней полумуфтой 13 и нижней частью телескопического вала 10 враспор установлена предварительно сжатая заданным усилием пружина 15. Штифт 11 в пазах 12 занимает крайнее верхнее положение. Забойный двигатель 16 привода вращения режущего инструмента 6 установлен в посадочном месте 17 корпуса 2, а его скошенные радиальные выступы 18 расположены в радиальных пазах 19 корпуса 2, при этом приводной вал 20 забойного двигателя 16 жестко связан с карданной передачей 7. В верхней части забойного двигателя 16 ввернут поворотный шарнир 21, имеющий герметичный осевой канал 22. В свою очередь поворотный шарнир 21 связан с трубой 23 колтюбинга (не показан), проходящей внутри НКТ 1.
Устройство работает следующим образом.
После спуска в скважину на НКТ 1 корпуса 2 в интервал перфорации пласта производят посадку якорного узла 4 в обсадной колонне 5 известным способом. После этого в НКТ 1 на трубе 23 колтюбинга спускают компоновку в составе поворотного шарнира 21, забойного двигателя 16 с присоединенными к нему карданной передачей 7 и режущим инструментом 6. При спуске вышеуказанной компоновки подают жидкость под необходимым давлением в трубу 23 колтюбинга, приводя во вращение забойный двигатель 16 и через карданную передачу 7 режущий инструмент 6. В конце спуска компоновки режущий инструмент 6 и карданная передача 7 входят в канал 3 корпуса 2. При этом режущий инструмент 6, выйдя из канала 3, упирается в стенку обсадной колонны 5. Приспуская трубу 23 колтюбинга, производят посадку забойного двигателя 16 в посадочное место 17, причем скошенные радиальные выступы 18 скользят по скосам радиальных пазов 19 и, поворачиваясь, устанавливаются в последних. Поворот забойного двигателя 16 при установке радиальных выступов 18 в радиальных пазах 19 обеспечивает поворотный шарнир 21.
При посадке забойного двигателя 16 в посадочное место 17 корпуса 2 телескопический вал 10 сдвигается в крайнее положение, сжимая пружину 15 до максимальной заданной величины усилия, необходимого для обеспечения надежного врезания режущего инструмента 6 в стенку обсадной колонны 5. Происходит прорезание обсадной колонны 5 и частично цементного камня. Подача режущего инструмента 6 осуществляется посредством пружины 15, которая, разжимаясь, обеспечивает снижение нагрузки на режущий инструмент 6 на выходе из прорезанного отверстия в обсадной колонне 5, исключая рывки и заклинивания. Снижение пиковых нагрузок на режущий инструмент 6, карданную передачу 7 с узлом подачи и привод вращения в процессе вырезки окна в обсадной колонне 5 повышают надежность их работы.
Крутящий момент от сил резания, передаваемый на забойный двигатель 16, воспринимается его радиальными выступами 18, расположенными в радиальных пазах 19. Таким образом, узлы и детали, находящиеся выше забойного двигателя, разгружены от крутящего момента, что повышает надежность их соединений. Подача режущего инструмента 6 пружиной 15, раздвигающей телескопический вал 10, осуществляется до тех пор, пока штифт 11 не дойдет до конца пазов 12. После этого процесс резания завершается, крутящий момент от сил резания исчезает и, соответственного, забойный двигатель 16 переходит в режим холостого хода, перепад давления на нем уменьшается и это служит сигналом к прекращению подачи жидкости и подъему трубы 23 колтюбинга из скважины вместе с присоединенной к ней компоновкой для вскрытия окна в обсадной колонне 5. Для повышения надежности последующей работы производят ревизию элементов, поднятой из скважины компоновки для вскрытия окна в обсадной колонне 5. При необходимости, например, производят замену изнашивающегося режущего инструмента 6.
Затем к трубе 23 колтюбинга (не показан) присоединяют компоновку, состоящую из гибкого рукава высокого давления и гидромониторной насадки на конце (не показаны) и спускают через колонну НКТ 1 в скважину. В трубу 23 колтюбинга подают рабочую жидкость под высоким давлением (40-70 МПа) с одновременным опусканием и входом гидромониторной насадки через канал 3 корпуса 2 во вскрытое окно в обсадной колонне 5. Дальше производится гидромониторный размыв протяженного радиального канала в продуктивном пласте до посадки трубы 23 в посадочное место 7 корпуса 2. Это служит сигналом к подъему трубы 23 колтюбинга (не прекращая подачи рабочей жидкости) и извлечению рукава высокого давления с насадкой из полученного радиального канала в пласте с дальнейшим подъемом компоновки из скважины.
После этого производят срыв якорного узла 4 и установку корпуса 2 в новое положение в интервале перфорации пласта с повторением всех технологических операций, описанных выше.
Таким образом, размещение узла подачи режущего инструмента, состоящего из подпружиненного телескопического вала, в одном из промежуточных звеньев карданной передачи, а также конструктивное решение посадочного места корпуса устройства и забойного двигателя снижают пиковые нагрузки на режущий инструмент, карданную передачу с узлом подачи и привод вращения в процессе вырезки окна в обсадной колонне и, как следствие, повышают надежность и эффективность работы устройства для вскрытия пласта.