Односторонний прокалывающий скважинный перфоратор
SINGLE-SIDED PIERCING PERFORATOR

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к области вторичного вскрытия пласта созданием перфорационных каналов в скважине.
Известно устройство для перфорации скважин (патент RU 2043486, Е21В 43/114, опубл. 10.09.1995 г.), содержащее корпус, поршень и пробойник с промывочным каналом, жестко связанный с поршнем, отличающееся тем, что поршень выполнен с сечением в форме прямоугольника с закругленными краями, а пробойник выполнен с проточкой по боковой поверхности с возможностью сообщения заколонного пространства скважины с его колонным пространством в рабочем положении устройства. при этом промывочный канал пробойника выполнен по его оси.
Недостатками устройства являются сложность изготовления и герметизации поршня, имеющего прямоугольное поперечное сечение с закругленными краями, и цилиндра с внутренней поверхностью, точно соответствующей поверхности поршня, также сложно изготовить пробойник с наружной проточкой по боковому каналу, имеющим промывочный осевой канал, причем боковой и промывочный каналы расположены на поверхностях, взаимодействующих непосредственно прокалываемой обсадной трубой при больших нагрузках (порядка 14 - 20 т на резец), что легко может привести к их деформации и перекрытию как материалом самого пробойника, так и материалом трубы, что затрудняет применение их по прямому назначению, при этом маленький диаметр промывочного канала (для обеспечения гидромониторного воздействия и работоспособности поршня при перфорации) делает невозможным его эффективного использования при спуске устройства в скважину заполненную жидкостью и проведение промывки скважины при спуске, а также осложняет извлечение перфоратора из скважины с низким уровнем жидкости, так как долго сливаемая через промывочный канал жидкость может создать перепад давлений внутреннего и наружного пространств и, как следствие, несанкционированный вылет пробойника с поршнем при подъеме. При перфорации обсадной колонной скважины высокая вероятность перекрытия промывочного канала изнутри твердыми вкраплениями, окалиной, ржавчиной и/или т.п в закачиваемой жидкости, так как часто используют при эксплуатации не новые трубы, техническую воду, скважинную жидкость или т.п. отсутствует фильтрация этой жидкости при нагнетании в цилиндр при перфорации.
Наиболее близким аналогом является односторонний прокалывающий перфоратор (патент на полезную модель RU 179004, Е21В 43/112, Е21В 43/114, опубл. 24.04.2018 Бюл. № 12), включающий корпус с каналом для подвода промывочной жидкости и с резьбой для крепления перфоратора к колонне труб, в корпусе с возможностью перемещения перпендикулярно центральной оси установлен овальный поршень с возвратными пружинами и режущим инструментом, на наружной поверхности которого выполнены гидромониторные каналы для выхода промывочной жидкости при формировании каверн, отличающийся тем, что в качестве возвратных использованы две плоские пружины, установленные с двух сторон поршня в пазах симметрично относительно центра напротив друг друга и закрепленные винтами, причем пазы в продольном разрезе корпуса повторяют профиль пружины в транспортном положении перфоратора, а на боковой поверхности поршня с двух сторон выполнены дополнительные пазы, которые взаимодействуют с входящими в них ограничительными штифтами.
Недостатками перфоратора являются сложность изготовления и герметизации овального поршня и цилиндра с внутренней поверхностью, точно соответствующей поверхности поршня,  при этом маленький диаметр промывочного канала (для обеспечения гидромониторного воздействия и работоспособности поршня при перфорации) делает невозможным его эффективного использования при спуске устройства в скважину заполненную жидкостью и проведение промывки скважины при спуске, а также осложняет извлечение перфоратора из скважины с низким уровнем жидкости, так как долго сливаемая через промывочный канал жидкость может создать перепад давлений внутреннего и наружного пространств и, как следствие, несанкционированный вылет пробойника с поршнем при подъеме, наличие пружин требует дополнительных усилий, создаваемых внутренним давлением, при вторичном вскрытии. При перфорации обсадной колонный скважины высокая вероятность перекрытия промывочного канала изнутри твердыми вкраплениями, окалиной, ржавчиной и/или т.п в закачиваемой жидкости, так как часто используют при эксплуатации не новые трубы, техническую воду, скважинную жидкость или т.п. отсутствует фильтрация этой жидкости при нагнетании в цилиндр при перфорации.
Технической задачей является создание одностороннего прокалывающего скважинного перфоратора простого в изготовлении и обслуживании за счет использования цилиндрического поршня, позволяющего производить заполнение колонны труб и/или промывку скважины при спуске, слив жидкости из колонны труб при подъеме и отфильтровывать крупные твердые элементы из закачиваемой для перфорации жидкости, исключая засорение гидромониторных каналов режущего инструмента.
Техническая задача решается односторонним прокалывающим скважинным перфоратором, включающим корпус с каналом для подвода промывочной жидкости и возможностью соединения с колонной труб, в корпусе с возможностью перемещения перпендикулярно центральной оси установлен поршень с режущим инструментом, на наружной поверхности которого выполнены гидромониторные каналы, сообщенные через поршень с колонной труб для выхода промывочной жидкости при формировании каверн при вторичном вскрытии пласта.
Односторонний прокалывающий скважинный перфоратор отличается он наиболее близкого аналога тем, что поршень изготовлен цилиндрическим, а режущий инструмент сверху и снизу имеет скосы с наклоном относительно своей оси больше 30°, при этом корпус соединен с колонной труб через технологическое устройство, состоящее из полого патрубка с как минимум одним нижними заливочным и верхними сливным отверстиями, цилиндрического фильтра с верхним и нижним цилиндрическими утолщениями, нижнее из которых оснащено наружной кольцевой проточкой, и верхней втулкой с седлом под большой бросовый с устья клапан, герметично установленной напротив сливных отверстий и зафиксированной как минимум одни срезным элементом, фильтр выполнен с возможностью герметичной установки утолщениями с фиксацией внутрь патрубка, герметичным перекрытием нижним утолщением заливного отверстия для сообщения его с наружной проточкой и образованием наружной и внутренней камер соответственно снаружи и внутри фильтра, причем внутренняя камера снизу снабжена седлом под маленький бросовый с устья клапан, сообщённым снизу боковым каналом с наружной проточкой, наружная камера сообщена продольным отверстием в нижнем утолщении с каналом корпуса, а верхняя втулка выполнена с возможностью разрушения срезных элементов и смещением вниз с открытием сливных отверстий под избыточным давление сверху после взаимодействия с большим клапаном.
На фиг. 1 изображен перфоратор в изометрии.
На фиг. 2 изображен перфоратор в продольном разрезе.
На фиг. 3 изображена выноска А фиг. 2.
Односторонний прокалывающий скважинный перфоратор включает корпус 1 (фиг.1 и 2) с каналом 2 (фиг. 2) для подвода промывочной жидкости и возможностью соединения с колонной труб 3 (показаны на фиг. 2 условно). В корпусе 1 (фиг. 2) с возможностью перемещения перпендикулярно центральной оси установлен поршень 4 с режущим инструментом 5, на наружной поверхности которого выполнены гидромониторные каналы 6 (фиг. 1 и 2), сообщенные перепускными каналами 7 (фиг. 2) через поршень 4 с колонной труб 3, для выхода промывочной жидкости при формировании каверн при вторичном вскрытии пласта (не показан). Поршень 5 изготовлен цилиндрическим, а режущий инструмент сверху и снизу имеет скосы 8 (фиг. 1 и 2) и 9 с наклоном α относительно своей оси больше 30°. Корпус 1 (фиг. 2) соединен с колонной труб 3 через технологическое устройство 10, состоящее из полого патрубка 11 с как минимум одним нижними заливочным 12 (фиг. 2 и 3) и верхними 13 (фиг. 1) сливным отверстиями, цилиндрического фильтра 14 (фиг. 2) с верхним 15 и нижним 16 цилиндрическими утолщениями, нижнее 16 (фиг. 3) из которых оснащено наружной кольцевой проточкой 17, и верхней втулкой 18 (фиг. 2) с седлом 19 под большой бросовый с устья клапан 20 (показан условно), герметично установленной напротив сливных отверстий 13 (фиг. 1) и зафиксированной как минимум одни срезным элементом 21 (Фиг. 2). Фильтр 14 выполнен с возможностью герметичной установки утолщениями 15 и 16 с фиксацией (винтом 22, прессовой посадкой, клином или т.п. - последнее не показано, авторы на это не претендуют) внутрь патрубка 11, герметичным перекрытием нижним утолщением 16 заливного отверстия 13 (фиг. 3) для сообщения его с наружной проточкой 17 и образованием наружной 23 (фиг. 2) и внутренней 24 камер соответственно снаружи и внутри фильтра 14. Внутренняя камера 24 снизу снабжена седлом 25 под маленький бросовый с устья клапан 26 (показан условно), сообщённым снизу боковым каналом 27 (фиг. 3) с наружной проточкой 17. Наружная камера 23 (фиг. 2) сообщена продольным отверстием 28 в нижнем утолщении 16 с каналом 2 корпуса 1. Верхняя втулка выполнена с возможностью разрушения срезных элементов 21 и смещением вниз с открытием сливных отверстий 14 (фиг. 1) под избыточным давление сверху после взаимодействия с большим клапаном 20.
Конструктивные элементы, технологические соединения, не влияющие на работоспособность перфоратора, и уплотнения на фиг. 1 - 3 не показаны или показаны условно.
Перфоратор работает следующим образом.
Перед использованием сначала собирают перфоратор. Для этого в патрубок 11 (фиг. 2) технологического устройства 10 вставляют и фиксируют (например, винтом 22) фильтр 14, верхнее 15 и нижнее 16 утолщения которого герметизируют внутреннее пространство патрубка с образованием наружной 23 и внутренней 24 камер фильтра 14. При этом внутренняя камера 24 сообщена через седло 25, боковой канал 27 и проточку 17 (фиг. 3) с заливочным отверстием 12, а наружная камера 23 (фиг. 2) - через продольное отверстие 28 с полостью патрубка 11 ниже фильтра 14. Сверху от фильтра 14 в патрубок 11 вставляют и фиксируют срезными элементами 21 верхнюю втулку 18 для герметизации изнутри сливных отверстий 13 (фиг. 1). Цилиндрический поршень 4 жестко соединяют с режущим инструментом 5, например, винтами 29, и вставляют внутрь корпуса 1 (фиг. 2) до упора. После чего корпус 1 соединяют с патрубком 11 технологического устройства 10, например, резьбовым соединением 30, завершая сборку перфоратора. Фильтр 14 может быть изготовлен в виде патрубка с меткими отверстиями, тонкими щелями, крупными отверстиям с намотанной проволокой снаружи, имеющей небольшие зазоры между витками, (последнее на фиг. 2 не показано) или т.п., авторы на это не претендуют.
Собранный перфоратор доставляют к скважине (не показана) и спускают в интервал перфорации обсадной колонны (не показана) на колонне труб 3, которые соединяют с патрубком 11, например, резьбовым соединением 31. При спуске скажённая жидкость через заливное отверстие 12 (фиг. 3), наружную проточку 17 нижнего утолщения 16 и боковой канал 27 свободно заполняет внутреннюю камеру 24 (фиг. 2) фильтра 14 и далее патрубок 11 и колонну труб 3. При необходимости промывки ствола скважины в колонну труб 3 устьевым агрегатом (не показан) нагнетают промывочную жидкость, которая под давлением через боковой канал 27 (фиг. 3) наружную проточку 17 нижнего утолщения 16 и заливное отверстие 12 направляется в основном внутрь скважины, так как сопротивление фильтра 14 (фиг. 2) значительно превосходит сопротивление боковой канала 27 и заливного отверстия 12. По завершению промывки уровень внутри колонны труб 3 и скважины снижается синхронно из-за наличия для сообщения боковой канала 27, проточки 17 (фиг. 3) и заливного отверстия 13. По завершению спуска и в колонну труб 3 (фиг. 2) кидают маленький клапан 26 (например, шар), который взаимодействуя с седлом 25 внутренней камеры 24 перекрывает переток жидкости из колонны труб 3 и патрубка 11 через боковой канал 27 и заливное отверстие 12 внутрь скважины. В результате закачки жидкости в колонну труб 3, она попадает в патрубок 11 и внутреннюю камеру 24, откуда, проходя через фильтр 14 и очищаясь от крупных твердых частиц жидкость попадает в наружную камеру 23. Из наружной камеры 23 жидкость по продольному отверстию 28 и каналу 2 направляется внутрь корпуса 1. Повышая производительность устьевого насоса через колонну труб 4 в корпуса 1 под поршнем 4со стороны закрытого части создаётся избыточное давление, так как пропускная способность перепускных каналов 7 с гидромониторными каналами 6 на конце режущего инструмента 6 значительно меньше пропускной способности канала 2 корпуса 1. Под действием избыточного давления поршень 4 выходит из корпуса 1 вместе с режущим инструментом 5, который прокалывает обсадную колонну скважины, производя вторичное вскрытие пласта (не показан). А мощная и тонкая струя бьющая из гидромониторных каналов 6, которые не засоряются из-за отсутствия крупных частиц в прокачиваемой жидкости, размывает породу пласта вокруг конца режущего инструмента 5, увеличивая площадь фильтрации продукции данного продуктивного пласта. Для извлечения режущего инструмента 5 из обсадной колонны в колонне труб необходимо снизить уровень жидкости до скважинного уровня жидкости., поэтому с устья скважины сбрасывают большой клапан 220 (например, шар), который взаимодействуя с седлом 19 втулки 18, перекрывает возможность перетока жидкости сверху вниз через втулку 18. В колонне труб 3 создают избыточное давление, под действием которого разрушаются срезные элементы 21, а втулка 18 перемещается вниз до открытия сливных отверстий 13 (фиг. 1), что фиксируется падением давления на устьевом насосном агрегате и/или циркуляцией жидкости из скважины. Через сливные отверстия жидкость из колонны труб 3 (фиг. 2) сливается в скважину, выравнивая давление. После чего рассаживанием колонны труб 4 вверх-вниз, за счет скосов 8 (фиг. 1 и 2) и 9 режущего инструмента 5 с наклоном α относительно своей оси больше 30°, что гораздо больше угла заклинивания, и создаёт достаточную реакцию отверстия (не показано) в обсадной колонне, направленную на режущий инструмент 5 в сторону корпуса 1 для входа поршня с режущим инструментов внутрь корпуса 1. Затем перфоратор на колонне труб 3 извлекают из скважины, а жидкость из колонны труб при этом через сливное отверстие 13 (фиг. 1) выливается внутрь скважины без излива жидкости на устье скважины и создания избыточного давления в корпусе 1, исключая несанкционированные вылет поршня 4 с режущим инструментом 5 наружу.
Предлагаемый односторонний прокалывающий скважинный перфоратор прост в изготовлении и обслуживании за счет использования цилиндрического поршня, при этом позволяет производить заполнение колонны труб и/или промывку скважины при спуске и слив жидкости из колонны труб при подъеме, также позволяет отфильтровывать крупные твердые частицы из закачиваемой для перфорации жидкости, исключая тем самым засорение гидромониторных каналов режущего инструмента.