УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПЕРФОРАЦИОННЫХ ОТВЕРСТИЙ
DEVICE FOR MAKING PERFORATION HOLES

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к области вторичного вскрытия пласта созданием перфорационных каналов в скважине.
Известно устройство для создания перфорационных каналов в скважине (патент РФ №2521472 на изобретение), устанавливаемое на колонне насосно-компрессорных труб, включающее корпус, клин с пазом, гидроцилиндр и, по меньшей мере, один рабочий орган с гидромониторным каналом, размещенным в пазу опоры и клина с возможностью радиального возвратно-поступательного перемещения, отличающееся тем, что клин установлен над поршнем гидроцилиндра, на котором закреплена опора рабочего органа, а подпоршневая полость сообщена посредством трубок с гидромониторным каналом рабочего органа и надклиновой полостью подачи рабочей жидкости.
Известно устройство для создания перфорационных каналов в скважине (патент РФ №142088 на полезную модель), устанавливаемое на колонне насосно-компрессорных труб, включающее корпус, гидроцилиндр и, по меньшей мере, один рабочий орган с гидромониторным каналом, размещенный с возможностью радиального возвратно-поступательного перемещения в пазах клина и опоры, отличающееся тем, что клин установлен над поршнем гидроцилиндра, на котором закреплена опора рабочего органа, подпоршневая полость гидроцилиндра сообщена посредством трубок с гидромониторным каналом рабочего органа и надклиновой полостью подачи рабочей жидкости, а устройство снабжено гидроцилиндром с подпружиненным поршнем, шток которого закреплен на поршне несущего опору гидроцилиндра и имеет осевой и переточный каналы, сообщающиеся с подпоршневыми полостями обоих гидроцилиндров.
Недостатком технических решений по патенту РФ №2521472 на изобретение и по патенту РФ №142088 на полезную модель является их недостаточная эффективность, обусловленная низкой скоростью опускания устройства в скважину и подъема устройства из скважины.
Устройство по патенту РФ №142088 на полезную модель выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Задача, решаемая предлагаемым изобретением - повышение эффективности устройства для создания перфорационных отверстий.
Технический результат, достигаемый изобретением - обеспечение повышения скорости опускания устройства в скважину и подъема устройства из скважины, предотвращение загрязнения окружающей среды при работе устройства.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что устройство для создания перфорационных отверстий содержит корпус, соединительную муфту, посредством которой устройство соединяется с насосно-компрессорной трубой, клин с по меньшей мере одним пазом, при этом зауженный конец клина направлен к низу устройства, гидроцилиндры, по меньшей мере, один рабочий орган с гидромониторным каналом, размещенным в пазу опоры и клина с возможностью перемещения в пазу клина вдоль него, поршень первого гидроцилиндра подпружинен, второй гидроцилиндр расположен над первым гидроцилиндром, при этом поршень первого гидроцилиндра связан с поршнем второго гидроцилиндра с возможностью взаимообусловленного перемещения обоих поршней, клин установлен над поршнем второго гидроцилиндра, на котором закреплена опора рабочего органа, подпоршневые полости обоих гидроцилиндров сообщены посредством трубок с гидромониторным каналом рабочего органа и надклиновой полостью подачи рабочей жидкости, фильтр, установленный во внутренней полости соединительной муфты и отделяющий внутреннее трубное пространство от надклиновой полости, согласно изобретению фильтр выполнен кольцевым и установлен в соединительной муфте с возможностью пропускания жидкости из трубного пространства в надклиновую полость, корпус фильтра выполнен Н-образным, при этом средняя часть корпуса ориентирована вертикально, а наружный диаметр горизонтальных участков корпуса соответствует диаметру внутренней полости соединительной муфты, при этом фильтр размещен в средней части корпуса, ниже фильтра в корпусе фильтра выполнен канал, проходящий через боковую поверхность соединительной муфты и соединяющий внутреннюю полость корпуса фильтра с затрубным пространством, указанный канал выполнен с возможностью его перекрытия после спуска устройства в скважину, в средней части корпуса фильтра выполнена внутренняя полость, ориентированная вдоль продольной оси устройства и выходящая во внутреннюю полость соединительной муфты через верхнюю горизонтальную часть корпуса, внутренняя полость корпуса фильтра выполнена сужающейся книзу и сообщена в нижней части с переточным каналом, посредством которого обеспечивается сообщение внутреннего трубного пространства насосно-компрессорной трубы с затрубным пространством, над фильтром во внутренней полости соединительной муфты плотно размещен поршень-нож, опирающийся на глухой конец как минимум одной П-образной втулки, установленной горизонтально в сквозном отверстии в боковой поверхности соединительной муфты с возможностью сообщения внутренней полости втулки с затрубным пространством, глухой конец П-образной втулки обращен к продольной оси устройства и представляет собой участок внутренней стенки соединительной муфты, выступающий к оси устройства с образованием выступа ступени, на которую опирается поршень-нож, поршень-нож выполнен полым для обеспечения прохода жидкости из трубного пространства во внутреннюю полость устройства, поршень-нож предназначен для срезания глухого конца П-образной втулки в результате воздействия на него внешнего давления, внутренняя поверхность поршня-ножа выполнена конусообразной, сужающейся книзу по направлению к фильтру, при этом диаметр нижнего участка конусовидной внутренней поверхности поршня-ножа больше, чем диаметр внутренней полости корпуса фильтра.
Согласно заявляемому изобретению соединительная муфта, предназначенная для присоединения к колонне насосно-компрессорных труб, содержит фильтр, отделяющий загрязненное трубное пространство насосно-компрессорной трубы от надклиновой полости. Корпус фильтра выполнен Н-образным, при этом средняя часть корпуса ориентирована вертикально, а наружный диаметр горизонтальных участков корпуса соответствует диаметру внутренней полости соединительной муфты. В средней части корпуса размещен непосредственно сам фильтр, имеющий кольцевую форму. Пространство между наружной поверхностью фильтра и внутренней поверхностью муфты сообщается с надклиновой полостью через канал, выполненный в нижней части корпуса фильтра, обеспечивающий переток жидкости из трубной полости над фильтром через фильтр в надклиновую полость устройства. В средней части корпуса фильтра выполнена внутренняя полость, ориентированная вдоль продольной оси устройства и выходящая во внутреннюю полость соединительной муфты через верхнюю горизонтальную часть корпуса. Внутренняя полость корпуса фильтра выполнена сужающейся книзу и сообщена в нижней части с переточным каналом, посредством которого обеспечивается сообщение внутреннего трубного пространства насосно-компрессорной трубы с затрубным пространством. Переточный канал позволяет более быстро (эффективно) заполнить внутреннюю полость насосно-компрессорной трубы жидкостью, поскольку позволяет при спуске устройства в скважину снизить сопротивление скважинной жидкости и тем самым позволяет избежать эффекта «поршневания». В результате спуск устройства вглубь скважины осуществляется быстрее. После спуска устройства на требуемую глубину переточный канал подлежит перекрытию, например, посредством шарика, спускаемого в устройство сверху с устья скважины. Шарик проходит через внутреннюю полость корпуса фильтра (соответственно и через внутреннюю полость самого фильтра) и, опускаясь к низу полости, попадает на вход переточного канала и перекрывает его. Механизм перекрытия переточного канала может быть иным, например, с помощью заранее установленного в канал обратного клапана. Т.е. указанный переточный канал функционирует при спуске устройства в скважину и подлежит перекрытию после спуска устройства к зоне перфорации.
Над корпусом фильтра во внутренней полости соединительной муфты плотно установлен поршень-нож. Внутренняя поверхность поршня-ножа выполнена конусообразной, сужающейся книзу по направлению к фильтру. Ниже поршня-ножа в соединительной муфте выполнено как минимум одно сквозное отверстие, в которое горизонтально установлена П-образная втулка, при этом глухой конец П-образной втулки обращен к продольной оси устройства и перед началом работы глухой конец П-образной втулки представляет собой участок внутренней стенки соединительной муфты, выступающий к оси устройства с образованием выступа ступени. Поршень-нож опирается на выступающий во внутреннюю полость соединительной муфты участок П-образной втулки. Полая часть П-образной втулки проходит через стенку соединительной муфты с возможностью сообщения ее внутренней полости с затрубным пространством. Диаметр нижнего участка конусовидной внутренней поверхности поршня-ножа больше, чем диаметр внутренней полости корпуса фильтра.
При подъеме устройства из скважины необходимо обеспечить сообщение трубного пространства устройства с затрубным пространством с тем, чтобы исключить так называемые «переливы» скважинной жидкости на устье скважины, в противном случае избежать переливов на устье скважины можно путем снижения скорости подъема устройства из скважины. Переточный канал, который обеспечивал сообщение внутреннего пространства трубы с затрубным пространством после спуска устройства в скважину, перекрыт первым шаром, изъять который из внутреннего пространства трубы невозможно. Поэтому, обеспечив диаметр нижнего участка конусовидной внутренней поверхности поршня-ножа больше, чем диаметр первого шара, можно, во-первых, беспрепятственно опускать при спуске устройства первый шар, который пройдет через поршень-нож и опустится в корпус фильтра, во-вторых, можно во внутреннюю полость соединительной муфты спустить второй шар, диаметр которого позволяет опуститься в нижнюю часть поршня-ножа, не проходя через него, и перекрыть при этом нижнюю часть поршня-ножа (т.е. внутренняя боковая поверхность поршня-ножа выполняет функцию седла для второго шара). После перекрытия нижнего участка поршня-ножа вторым шаром во внутреннюю полость соединительной муфты под давлением подают жидкость, в результате воздействия внешнего давления поршень-нож опускается вниз, срезая при этом глухой конец П-образной втулки и обеспечивая соединение затрубного пространства с внутренним пространством насосно-компрессорной трубы через второй переточный канал, представляющий собой внутреннюю полость П-образной втулки.
Таким образом, в устройстве обеспечена поочередная работа двух переточных каналов, предназначенных для сообщения затрубного пространства с внутренним пространством трубы в разные периоды времени: первый переточный канал функционирует при спуске устройства в скважину, обеспечивая возможность более быстрого спуска; второй переточный канал функционирует при подъеме устройства из скважины, исключая возможность переливов жидкости на устье скважины, что также позволяет осуществлять более быстрый подъем устройства.
Заявляемое устройство для создания перфорационных отверстий поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображено заявляемое устройство для создания перфорационных отверстий с частичным осевым разрезом.
На фиг. 2 изображено заявляемое устройство для создания перфорационных отверстий с частичным осевым разрезом, на котором видно соединение подпоршневой полости с надклиновой полостью трубкой 20.
На фиг. 3 изображено заявляемое устройство для создания перфорационных отверстий с рабочими органами в положении, при котором осуществляется непосредственное образование перфорационных отверстий.
Устройство содержит составной корпус 1, содержащий гидроцилиндры 2 и 3; соединительную муфту 4, посредством которой устройство присоединяется к колонне насосно-компрессорных труб (НКТ); фильтр 7, установленный во внутренней полости соединительной муфты 4. Фильтр 7 имеет Н-образную форму (форму катушки), при этом средняя часть фильтра ориентирована вертикально вдоль оси устройства, диаметры верхней и нижней частей фильтра 7 соответствуют диаметру внутренней полости соединительной муфты 4, для того, чтобы обеспечивать плотное прилегание боковых поверхностей фильтра 7 к внутренней поверхности соединительной муфты 4; в средней части фильтра 7 выполнена внутренняя полость, с одной стороны выходящая во внутреннюю полость, образованную фильтром 7 соединительной муфтой 4, а с другой стороны - сообщенная с переточным каналом 8, проходящим через нижнюю часть фильтра 7 и боковую поверхность соединительной муфты 4, обеспечивая таким образом сообщение затрубного пространства с трубным пространством насосно-компрессорной трубы (НКТ); диаметр центрального отверстия фильтра 7 больше, чем диаметр переточного канала 8 для того, чтобы иметь возможность перекрытия канала 8 шаром, сбрасываемым (либо уже установленным в виде обратного клапана) во внутреннюю полость соединительной муфты 4 после спуска устройства в скважину к зоне перфорации; в нижней части фильтра 7 выполнен канал 9, обеспечивающий сообщение надклиновой полости с трубным пространством НКТ; выше фильтра 7 во внутренней полости соединительной муфты плотно установлен поршень-нож 5, имеющий конусообразную внутреннюю поверхность, сужающуюся по направлению к фильтру 7, при этом диаметр нижнего участка конусообразной поверхности поршня-ножа 5 больше, чем диаметр шара, предназначенного для перекрытия канала 8; ниже поршня-ножа 5 в выполненном в боковой поверхности муфты 4 сквозном отверстии размещена как минимум одна втулка 6, имеющая П-образную форму; глухой конец втулки 6 выходит во внутреннюю полость муфты 4 и служит опорой для поршня-ножа 5, внутренняя полость втулки 6 сообщена с затрубным пространством; нижняя часть конусообразной поверхности поршня-ножа 5 имеет диаметр, больший, чем диаметр шара, предназначенного для перекрытия канала 8, при этом нижняя часть конусообразной поверхности поршня-ножа 5 служит седлом для второго шара, предназначенного для перекрытия нижней части конусообразной поверхности поршня-ножа 5; ниже фильтра 7 в корпусе 1 установлен и жестко закреплен относительно корпуса 1 клин 11, сужающийся к низу устройства, на боковой поверхности клина 11 выполнены пазы 12 (количество пазов 12 определяется количеством необходимых перфорационных отверстий, которые необходимо создать посредством устройства, и может составлять от одного и более); нижняя часть корпуса 1 представляет собой гидроцилиндр 3, на гидроцилиндр 3 установлен гидроцилиндр 2, размещенный между клином 11 и гидроцилиндром 3; в гидроцилиндре 3 установлен поршень 16, подпружиненный пружиной 25; шток поршня 21 жестко связан со штоком поршня 16 гидроцилиндра 2; в штоке поршня 21 выполнен канал 23, обеспечивающий сообщение подпоршневой полости 17 гидроцилиндра 2 с подпоршневой полостью 24 гидроцилиндра 3; на поршне 16 гидроцилиндра 2 установлена опора 15; в пазах 14 опоры 15 установлены рабочие органы 13 (количество рабочих органов 13 определяется количеством необходимых перфорационных отверстий, которые необходимо создать посредством устройства, и может составлять от одного и более); в каждом рабочем органе выполнен гидромониторный канал 18, соединенный трубкой 19 с подпоршневой полостью 17 гидроцилиндра 2, при этом подпоршневая полость 17, в свою очередь, сообщена с надклиновой полостью 10 трубкой 20; рабочие органы 13 с другой стороны свободно размещены в пазах 12 клина 11 с возможностью перемещения вдоль пазов 12; рабочий орган 13 выполнен заостренным, при этом заостренный конец рабочего органа обращен к обсадной колонне 26, в которой необходимо создать перфорационные отверстия. Корпус 1 на участке от опоры 15 до конца клина 11 имеет открытые участки для обеспечения выхода рабочих органов за пределы габаритов устройства к обсадной трубе.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Устройство соединяют с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) посредством соединительной муфты 4. В процессе спуска устройства в скважину к зоне перфорации трубное пространство заполняется скважинной жидкостью через канал 8 и через гидромониторные каналы 18. После достижения устройством зоны перфорации спуск прекращается, канал 7 перекрывается путем спуска в полость устройства металлического шарика (или из иного материала, главное, чтобы он был тяжелее скважинной жидкости). В насосно-компрессорную трубу подают под давлением рабочую жидкость, которая, проходя через фильтр 7, поступает в полость 10, а затем по трубкам 20 - в полость 17 и далее по каналу 23 - в полость 24. Под действием давления рабочей жидкости поршень 16 начинает движение вверх, воздействуя при этом на связанный с ним поршень 21, который также начинает движение вверх. При движении поршня 21 вверх пружина 25 сжимается. Поршень 16 при движении вверх воздействует на опору 15, которая также начинает движение вверх вместе с рабочими органами 13. При движении опоры 14 вверх рабочие органы 13 перемещаются, скользя по пазам 12 клина 11 и радиальным пазам 14 опоры 15 до упора заостренных концов рабочих органов 13 в стенки обсадной колонны 26, при этом поршни 16 и 21 с опорой 15 фиксируются относительно обсадной колонны 26. Корпус 1 устройства перемещается вниз, при этом клин 11 своими рабочими плоскостями давит на рабочие органы 13, раздвигая их в радиальном направлении от оси устройства в сторону обсадной колонны 26. В процессе радиального перемещения рабочие органы 13 своими заостренными концами производят перфорацию обсадной колонны 26. Одновременно жидкость, проходя под высоким давлением через трубки 19 по каналу 18, выходит в затрубное пространство (призабойную зону), размывая своими струями цементный камень и прилегающую горную породу, образуя каверны.
После формирования перфорационных отверстий прекращают подачу рабочей жидкости. Под действием пружины 25 поршни 21 и 16 (с опорой 15) перемещаются в исходное положение, увлекая за собой рабочие органы 13, которые при этом осуществляют перемещение, скользя по пазам клина 11 от его основания к вершине до исходного положения.
При необходимости осуществить перфорацию на других участках, устройство перемещают на расчетную глубину и повторяют его работу на новом участке.
После формирования перфорационных отверстий на всех участках в устройство сбрасывают второй шар, седлом для которого служит нижний участок конусообразной внутренней поверхности поршня-ножа 5. Шар опускается вниз и перекрывает отверстие внизу поршня-ножа 5. Затем в устройство подают рабочее давление (давление рабочей жидкости), под действием которого поршень-нож 5 перемещается вниз, срезая глухой конец П-образной втулки 6, в результате обеспечивается сообщение трубного пространства с затрубным. Прекращают подачу рабочей жидкости и извлекают устройство из скважины, избегая при этом переливы жидкости на устье скважины, поскольку жидкость из трубного пространства перетекает в затрубное пространство не только через канал 18, но одновременно через открывшуюся внутреннюю полость втулки 6, что позволяет извлекать устройство из скважины с более высокой скоростью, чем в прототипе.