УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПЕРФОРАЦИОННЫХ КАНАЛОВ В СКВАЖИНЕ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к области вторичного вскрытия пласта созданием перфорационных каналов в скважине.
Известно устройство для создания перфорационных каналов в скважине по патенту на полезную модель RU 115002, МПК E21B 43/114, оп. 16.11.2011 г. Устройство, устанавливаемое на колонне насосно-компрессорных труб, имеет корпус, образованный клином и стенками, по меньшей мере, двух гидроцилиндров, поршни которых соединены штоком. По меньшей мере, два резца, установлены в пазах клина и опоры с возможностью радиального возвратно-поступательного перемещения. Шток-поршни гидроцилиндров выполнены с осевым и переточными каналами, сообщенными с подпоршневыми полостями и гидромониторами, установленными в корпусе над каждым резцом, а шток поршней соединен с опорой резцов.
Недостатком устройства является невысокий гидромониторный эффект, т.к. совместить перфорационные отверстия в обсадной колонне с гидромониторами для последующей обработки призабойной зоны пласта (ПЗП) крайне сложно, что отрицательно сказывается на эффективности работы устройства.
Указанный недостаток устранен в устройстве для создания перфорационных каналов в скважине по патенту RU 115407, МПК E21B 43/114, оп. 01.12.2011 г., принятом за прототип.
Устройство по прототипу, устанавливаемое на колонне насосно-компрессорных труб, имеет корпус, образованный клином и стенками, как минимум, двух размещенных друг за другом гидроцилиндров с соединенными между собой шток-поршнями, закрепленными на опоре рабочих органов. По меньшей мере, два рабочих органа с гидромониторами размещены в пазах опоры и клина с возможностью радиального возвратно-поступательного перемещения. Шток-поршни имеют осевой канал, который сообщен с подпоршневыми полостями гидроцилиндров переточными каналами и с гидромониторными каналами рабочих органов посредством гибких трубок.
Недостатком прототипа является невысокая надежность гидравлической системы устройства, т.к. в установленных друг за другом гидроцилиндрах соединения шток-поршней между собой и опорой работают на разрыв, создавая напряжение в штоке. Поэтому для того, чтобы исключить разрыв соединений, стенки штоков необходимо изготавливать достаточно толстыми, увеличивая при этом их наружный диаметр, что в свою очередь уменьшит эффективную рабочую площадь поршней. Другим недостатком прототипа является ненадежность механизма возврата в исходное транспортное положение рабочих органов. Пружина работает с максимальным усилием лишь в момент ее полного сжатия, когда для выхода рабочих органов из обсадной колонны после перфорации используется колонна НКТ, а в момент, когда необходимо довести рабочие органы в исходное транспортное положение, чтобы они не скребли по внутренней стенке обсадной колонны при перемещении устройства вглубь скважины. Конструктивные особенности прототипа не исключают преждевременного выдвижения рабочих органов при спуске устройства в скважину, когда опора, расположенная в его нижней части, упрется в какое-нибудь препятствие, что может привести к застреванию устройства в скважине.
В аналоге и прототипе не предусмотрены средства, предотвращающие накопление в гидроцилиндрах мелких частиц загрязняющих примесей рабочей жидкости (парафин, песок и т.п.), которые уплотняются в ходе работы, ограничивая ход поршня, что в конечном итоге может привести к заклиниванию устройства в скважине, т.к. ножи не смогут вернуться в транспортное положение. Фильтры муфт, используемых для присоединения устройства к колонне НКТ, задерживают только окалину и другие крупные механические частицы примесей рабочей жидкости.
Технический результат заключается в повышении производительности и надежности устройства с гарантированным возвратом рабочих органов в исходное положение при переходе с одного интервала перфорации на другой и очисткой устройства от загрязнений рабочей жидкости в процессе работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в устанавливаемом на колонне насосно-компрессорных труб устройстве для создания перфорационных каналов в скважине, включающем корпус, клин с пазом, по меньшей мере, один гидроцилиндр и один рабочий орган с гидромониторным каналом, размещенный в пазах опоры и клина с возможностью радиального возвратно-поступательного перемещения, согласно полезной модели, клин установлен над поршнем гидроцилиндра, на котором закреплена опора рабочего органа, его подпоршневая полость сообщена посредством трубок с гидромониторным каналом рабочего органа и надклиновой полостью подачи рабочей жидкости, сообщающейся с трубным пространством колонны насосно-компрессорных труб при установке на нее устройства, а в нижней безштоковой части гидроцилиндра выполнено циркуляционное отверстие, сообщающее его подпоршневую полость с наружным пространством. В циркуляционном отверстии может быть установлена втулка из абразивостойкого материала.
Размещение гидроцилиндра под вершиной клина позволяет увеличить эффективную рабочую площадь поршня, сократить количество устанавливаемых гидроцилиндров до одного, делая конструкцию компактной. Такое размещение одного или нескольких гидроцилиндров, устанавливаемых известным способом по необходимости, не требует жесткого соединения между собой и опорой их шток-поршней, т.к. они упираются друг в друга и работают на сжатие, что исключает поломки устройства. Указанное выполнение устройства позволяет заменить загнутые гибкие трубки прототипа с присущими им недостатками - прямыми, а также полностью исключить преждевременное выдвижение рабочего органа при спуске устройства в скважину, т.к. его опора размещена в жестком корпусе. Для увеличения площади вскрытия интервала перемещением устройства вглубь скважины необходим гарантированный возврат рабочих органов в исходное положение, который достигается наличием и расположением циркуляционного отверстия в нижней безштоковой части гидроцилиндра. После сброса давления в НКТ циркуляционное отверстие способствует ускорению сброса давления в безштоковой полости, что ускоряет возврат ножей в транспортное положение. Наличие циркуляционного отверстия также предотвращает накопление мелких частиц загрязняющих примесей рабочей жидкости в гидроцилиндрах при работе устройства. Абразивостойкая втулка служит для сохранения целостности циркуляционного отверстия в случае присутствия в рабочей жидкости абразивных загрязнений, которые при прохождении через циркуляционное отверстие могут существенно его размывать.
Устройство с одним рабочим органом целесообразно использовать для перфорации скважин малого диаметра. Количество рабочих органов (два и более) для перфорации скважин среднего и большого диаметра определяется необходимым числом отверстий в интервале перфорации за один рабочий цикл. Количество гидроцилиндров определяется необходимым усилием на врезание рабочих органов в обсадную колонну.
Заявляемая полезная модель поясняется на примере выполнения устройства с одним гидроцилиндром, двумя рабочими органами и сопровождающими чертежами, на которых представлены:
Фиг. 1 - общий вид устройства с осевым разрезом и рабочими органами в транспортном положении;
Фиг. 2 - вид сбоку устройства с осевым разрезом и рабочими органами в транспортном положении;
Фиг. 3 - общий вид устройства с осевым разрезом и рабочими органами в рабочем положении.
Устройство содержит трубный корпус 1, образованный гидроцилиндром 2 и муфтой 3 для присоединения к колонне насосно-компрессорных труб, с фильтром 4, отделяющим загрязненное трубное пространство НКТ от внутренней полости 5 устройства. В корпусе 1 установлен и жестко закреплен клин 6, в пазах 7 которого размещены два противоположно направленных рабочих органа 8, установленных в пазах 9 опоры 10 для радиального возвратно-поступательного перемещения. Опора 10 установлена на поршне 11, имеющем подпоршневую полость 12. В каждом рабочем органе 8 выполнены гидромониторные каналы 13, соединенные трубками 14 с подпоршневой полостью 12 гидроцилиндра 2, которая сообщена трубками 15 с надклиновой полостью 5 подачи рабочей жидкости в устройство, сообщающейся с трубным пространством колонны НКТ при установке на нее устройства. В нижней части гидроцилиндра 2 - основании выполнено циркуляционное отверстие 16, в котором установлена абразивостойкая втулка 17.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Устройство соединяют с колонной НКТ муфтой 3 и спускают в скважину к интервалу перфорации. Затем по НКТ подают под давлением рабочую жидкость, которая, проходя через фильтр 4 без окалин и других крупных механических примесей, поступает по трубкам 15 в подпоршневую полость 12 гидроцилиндра 2, воздействуя на поршень 11, перемещая его поступательно вдоль оси устройства в направлении клина 6, толкая опору 10 с рабочими органами 8. При этом рабочие органы 8 перемещаются по пазам 7 клина 6 и радиальным пазам 9 опоры 10 до касания стенок обсадной колонны 18 скважины. Поршень 11 с опорой 10 фиксируются относительно обсадной колонны 18, а корпус 1 устройства перемещается вниз. При этом жестко установленный в корпусе 1 клин 6, раздвигает своими рабочими плоскостями в радиальном направлении от оси устройства рабочие органы 8, режущие части которых производят перфорацию стенок обсадной колонны 18. Одновременно рабочая жидкость, проходя по трубкам 14 и гидромониторным каналам 13 рабочих органов 8, под высоким давлением выходит в призабойную зону пласта и размывает своими струями цементный камень и прилегающую горную породу, образуя каверны. При этом через циркуляционное отверстие 16 с втулкой 17 частично отводится рабочая жидкость из подпоршневой полости 12, что не позволяет накапливаться механическим примесям (парафины, окалина, абразив и т.п.), не задержанным фильтром 4. После формирования каналов в скважине, давление рабочей жидкости сбрасывают до атмосферного и приподнимают колонну НКТ с соединенным с ней устройством. При этом циркуляционное отверстие 16 способствует ускорению сброса давления в безштоковой полости 12 гидроцилиндра, что ускоряет возврат рабочих органов 8 в транспортное положение. Происходит вытягивание из стенок обсадной колонны 18 режущих частей рабочих органов 8 в результате их движения по пазам клина от его основания к вершине. Также вместе с рабочими органами 8 перемещается опора 10, толкая поршень 11 в исходное положение. Затем устройство перемещают на расчетное расстояние и повторяют цикл по перфорации обсадной колонны 18 с одновременной гидромониторной обработкой ПЗП необходимое количество раз без извлечения устройства из скважины. После формирования всех каналов в скважине прекращают подачу рабочей жидкости, давление сбрасывают до атмосферного и устройство извлекают из скважины.