УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПЕРФОРАЦИОННЫХ КАНАЛОВ В ОБСАДНОЙ КОЛОННЕ СКВАЖИНЫ
CASING PIPE PERFORATING MACHINE

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к области бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин для создания перфорационных каналов в обсадной колонне в режиме депрессии.
Известно «Устройство для создания перфорационных каналов в обсадной колонне скважины» (патент RU №56948, E21B 43/114, опубл. 28.09.2006 г.), включающее трубчатый корпус с размещенными на нем гидроцилиндром, подпружиненным поршнем и хвостовиком на конце, размещенный в хвостовике клиновой толкатель с перфорационными резцами, при этом поршень снизу соединен с клиновым толкателем хвостовика, а трубчатый корпус имеет соединение с клиновым толкателем хвостовика для передачи возвратно-поступательного перемещения последнему при крайнем нижнем положении поршня, при этом гидроцилиндр выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно трубчатого корпуса, при этом снизу хвостовик снабжен сменной втулкой, перфорационные резцы установлены в продольные фиксирующие пазы клинового толкателя Т-образным соединением, поршень выше клинового толкателя снабжен дополнительной пружиной требуемой жесткости, снизу упертой в дополнительный кольцевой упор, который установлен жестко в гидроцилиндре, причем сверху дополнительная пружина поджата в подпружиненный поршень.
Недостатком данного устройства является невозможность работы на депрессии (при низком уровне скважинной жидкости), при этом столб жидкости, находящийся в колонне труб, на которой спускают устройство, не позволит сложиться устройству в транспортное положение, что приведет к аварийной ситуации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для перфорации ствола скважины» (патент RU №2105137, E21B 43/114, опубл. 20.02.1998 г.), включающее трубчатый и опорный корпусы, клиновой толкатель с резцедержателями и рабочими резцами, рабочий поршень с возвратной пружиной, отличающееся тем, что оно снабжено пусковым золотниковым механизмом, выполненным в виде поршня с дополнительной возвратной пружиной, размещенного с возможностью возвратно-поступательного перемещения на трубчатом корпусе, и цилиндром, жестко соединяющим указанный пусковой золотниковый поршень с опорным корпусом, клиновой толкатель жестко соединен с рабочим поршнем, а опорный корпус выполнен с возможностью взаимодействия с резцедержателями.
Недостатками данного устройства являются:
- сложность изготовления золотникового поршня и цилиндра с участком под золотниковый поршень;
- дополнительная пружина, выполненная из закаленной пружинной стали, находится снаружи и подвержена механическому воздействию при спускоподъемных операциях, что может привести к ее поломке и, как следствие, выходу из строя золотникового механизма и усложнению возврата устройства в транспортное положение;
- данная конструкция не может использоваться в скважинах, вскрываемых без депрессии, что сужает область применения.
Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение области применения за счет возможности использования в скважинах, вскрываемых в том числе и без депрессии, упрощение и удешевление изготовления за счет использования однотипных цилиндров и поршней, а также повышение надежности за счет размещения дополнительной возвратной пружины в цилиндре между упором трубчатого корпуса и поршнем и за счет размещения пружины золотникового механизма в его корпусе, соединенном с трубчатым корпусом.
Техническая задача решается устройством для перфорации ствола скважины, включающим трубчатый и опорный корпусы, соединенный с опорным корпусом цилиндр, в котором размещен рабочий поршень с возвратной пружиной и клиновым толкателем, оснащенным рабочими резцами, которые выполнены с возможностью продольного перемещения относительно клинового толкателя под действием опорного корпуса, золотниковый механизм с корпусом, установленный выше цилиндра, и дополнительная возвратная пружина, причем трубчатый корпус соединен с поршнем с возможностью ограниченного продольного перемещения.
Новым является то, что цилиндр выше опорного корпуса снабжен внутри кольцевым упором, поршень - наружным кольцевым выступом, а возвратная пружина установлена между наружным выступом поршня и кольцевым упором цилиндра, причем трубчатый корпус оснащен выше кольцевого выступа поршня упором, а дополнительная возвратная пружина установлена между упором и поршнем внутри цилиндра, при этом корпус золотникового механизма жестко соединен с трубчатым корпусом и снабжен сверху седлом клапана, а снизу - негерметичным внутренним упором, причем клапан поджат к седлу корпуса золотникового механизма от внутреннего упора пружиной, рассчитанной на удержание столба жидкости, действующего на клапан в интервале перфорации.
Новым является также то, что соединение корпуса золотникового механизма и трубчатого корпуса выполнено разъемным.
На фиг.1 изображена верхняя часть устройства с частичным продольным разрезом.
На фиг.2 изображена нижняя часть устройства с частичным продольным разрезом.
На фиг.3 изображен разрез А-А.
Устройство для создания перфорационных каналов в обсадной колонне скважины включает трубчатый 1 (фиг.1) и опорный 2 (фиг.2) корпусы, соединенный с опорным корпусом 2 цилиндр 3, в котором размещен рабочий поршень 4 (фиг.1) с возвратной пружиной 5 (фиг.2) и клиновым толкателем 6, оснащенным рабочими резцами 7, которые выполнены с возможностью продольного перемещения относительно клинового толкателя 6 под действием опорного корпуса 2, золотниковый механизм 8 (фиг.1) с корпусом 9, установленный выше цилиндра 3, дополнительная возвратная пружина 10. Трубчатый корпус 1 (фиг.1) соединен с поршнем 4 с возможностью ограниченного продольного перемещения. Цилиндр 3 (фиг.2) выше опорного корпуса 2 снабжен внутри кольцевым упором 11, поршень 4 - наружным кольцевым выступом 12, а возвратная пружина 5 установлена между наружным выступом 12 поршня 4 и кольцевым упором 11 цилиндра 3. Трубчатый корпус 1 оснащен выше кольцевого выступа 12 поршня 4 упором 13, а дополнительная возвратная пружина 10 установлена между этим упором 13 и поршнем 4 (фиг.1) внутри цилиндра 3. Корпус 9 (фиг.1) золотникового механизма 8 жестко соединен с трубчатым корпусом 1 и снабжен сверху седлом 14 клапана 15, а снизу - негерметичным внутренним упором 16. Клапан 15 поджат к седлу 14 от внутреннего упора 16 пружиной 17, рассчитанной на удержание столба жидкости в трубах (не показаны), на которых спускают устройство, действующее на клапан в интервале перфорации в скважине (не показаны). Для удобства сборки и разборки соединение корпуса 9 золотникового механизма 8 и трубчатого корпуса 1 может быть выполнено разъемным (например, на резьбах 18). Количество цилиндров 3, 3′ и соответствующих им рабочих поршней 4, 4′ подбирают из необходимого усилия для вскрытия обсадной колонны (не показаны) скважины: чем толще стенка обсадной колонны, тем большее количество цилиндров 3, 3′ с рабочими поршнями 4, 4′ необходимо использовать. Несанкционированные перетоки жидкости в устройстве исключаются уплотнениями 19, 20, 21 и 22.
Устройство работает следующим образом.
Устройство в сборе на колонне труб, закрепленной на резьбе 23 (фиг.1) корпуса 9 золотникового механизма 8, спускают в транспортном положении в скважину с заданным уровнем внутрискважинной жидкости для создания депрессии на пласт в целях повышения продуктивности вскрываемого пласта. Снижение уровня до заданной величины (которая определяется геологическими службами на основе геологических исследований) производят воздушным компрессором или свабированием до спуска устройства. При этом пружина 17, упираясь во внутренний упор 16 корпуса 9, прижимает клапан 15 к седлу 14 корпуса 9, дополнительная возвратная пружина 10, опираясь на поршень 4 и упор 13 (фиг.2), втягивает трубчатый корпус 1 (фиг.1) в цилиндр 3 до ограничителя 24, а возвратная пружина 5 (фиг.1), упираясь на наружный выступ 12 поршня 4 и кольцевой упор 11 цилиндра 3, фиксирует поршень 4 в верхнем положении относительно цилиндра 3. Во время спуска и работы устройства перегородка 25 трубчатого корпуса 1 исключает гидравлическую связь внутренней полости цилиндра 3 с внутрискважинным пространством при спуске. Так как все пружины 5, 10, 17 расположены внутри устройства, то они защищены от внешних воздействий при спускоподъемных операциях, что исключает их поломку и выход из строя. После достижения интервала перфорации колонну труб заполняют жидкостью (пластовой, технической водой), при этом клапан 15 герметично прижат к седлу 14 корпуса 9 за счет усилия пружины 17. Далее в колонне труб создают избыточное давление закачкой жидкости, клапан 15 открывается и жидкость поступает в надпоршневое пространство цилиндра 3 под давлением, перемещая поршень 4 с клиновым толкателем 6 (фиг.2) вниз относительно цилиндра 3 и опорного корпуса 2 соответственно. В результате рабочие резцы 7, удерживаемые от продольного перемещения опорным корпусом 2, под действием клинового толкателя 6 расходятся в стороны, вскрывая обсадную колонну, - ствол (не показан) скважины. По завершении вскрытия уплотнения 22 (фиг.1) переместятся выше поршня 4, сообщая полость трубчатого корпуса 1 выше перегородки 25 с внутрискважинным пространством, что отметится падением давления на устьевом манометре (не показан) и будет свидетельствовать, что устройство сработало. После чего закачку жидкости прекращают. При этом клапан 15 под действием пружины 17 прижимается к седлу 14, исключая переток жидкости из колонны труб во внутрискважинное пространство.
Для извлечения колонну труб приподнимают вверх вместе с корпусом 9 золотникового механизма 8 и трубчатым корпусом 1, при этом упор 13 (фиг.2), преодолевая усилие пружины 10, войдет во взаимодействие с поршнем 4, вытягивая его вверх с клиновым толкателем 6 относительно цилиндра 3 и опорного корпуса 2, удерживаемых рабочими резцами 7 относительно вскрытых стенок обсадной колонны. В результате рабочие резцы 7 (фиг.3), соединенные с клиновым толкателем 6 соединением «ласточкин хвост» 26 (или Т-образным соединением - не показано), будут втягиваться внутрь опорного корпуса 2 и из стенок обсадной колонны. Так как трубчатый корпус 1 (фиг.1) находится в верхнем положении относительно поршня 4, а уплотнения 22 - выше поршня 4, жидкость из надпоршневого пространства цилиндра 3 сливается во внутрискважинное пространство. После выхода рабочих резцов 7 из стенок обсадной колонны поршень 4 под действием возвратной пружины 5 и дополнительной возвратной пружины 10 переместится вверх - транспортное положение относительно цилиндра 3, вместе с которым под действием дополнительной возвратной пружины 10 переместится вверх по трубчатому корпусу до упора цилиндра 3 в ограничитель 24. В результате устройство переходит в транспортное положение и готово для установки и работы в новом интервале скважины или для извлечения из скважины.
Так как на рабочих резцах 7, имеющих высокую твердость, необходимо для вскрытия обсадной колонны скважины создание больших нагрузок, которые воспринимаются и опорным корпусом 2, выполнение которого из дорогостоящих износостойких материалов является нерентабельным, для увеличения срока службы опорного корпуса 2 его могут снабдить боковыми накладками 27 (фиг.3) и опорной накладкой 28 (фиг.2), которые выполняют из твердого износостойкого материала и устанавливают между рабочими резцами и опорным корпусом 2.
Данное устройство после разборки корпуса 9 золотникового механизма 8 и извлечения из него клапана 15 с пружиной 17 может быть использовано и на скважинах, вскрываемых без депрессии, что позволяет иметь для работы одно данное универсальное устройство, экономя на отсутствии необходимости приобретения дополнительных устройств, используемых для этих целей.
Так как пластовое давление выше давления уровня жидкости в скважине, продукция пласта будет поступать в скважину, очищая зону вскрытия пласта от разрушенного за обсадной колонной цементного камня и взвесей, расположенных в продукции пласта, что позволяет хорошую гидравлическую связь со вскрытым пластом.
Предлагаемое устройство для перфорации ствола скважины позволяет расширить функциональные возможности за счет возможности использования в том числе и в скважинах, вскрываемых без депрессии, упростить и удешевить изготовление за счет использования однотипных цилиндров и поршней, а также повысить надежность конструкции за счет размещения дополнительной возвратной пружины в цилиндре между упором трубчатого корпуса и поршнем и за счет размещения пружины золотникового механизма в его корпусе.