УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПЕРФОРАЦИОННЫХ КАНАЛОВ В СКВАЖИНЕ
DEVICE FOR MAKING PERFORATION TUNNELS IN WELL

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к области вторичного вскрытия пласта созданием перфорационных каналов в скважине.
Известны гидромеханические щелевые перфораторы, которые раскрыты, в частности в патентах на изобретения RU 2375556, 10.12.2009; RU 2247226, 27.02.2005; RU 2241822, 10.12.2004; RU 2254451, 20.06.2005.
Аналоги представляют собой устройство, спускаемое в скважину на колонне насосно-компрессорных труб (НТК), содержащее корпус, по меньшей мере, один режущий инструмент, механизм выдвижения режущего инструмента, включающий поршень-толкатель. По меньшей мере, одна гидромониторная насадка сообщается с полостью НКТ, где циркулирует жидкость вскрытия, через гидроканал, расположенный, как правило, в поршне-толкателе или в выдвижной консоли, выполненной в одном блоке с поршнем.
Геолого-технические условия вторичного вскрытия продуктивных пластов в обсаженных скважинах диктуют, как минимум, три критерия его эффективности:
- суммарная поверхность вскрытия обсадной колонны в виде отверстий или щелей должна быть максимальной. При этом колонна должна сохранять способность противостоять весьма значительной горизонтальной составляющей горного давления;
- продуктивная часть пласта должна быть вскрыта полностью, остатки цементного кольца недопустимы. В то же время за пределами интервала вскрытия должна быть обеспечена сохранность как обсадной колонны, так и цементного кольца;
- в пределах продуктивного пласта должно быть сформировано несколько глубоких перфорационных каналов. Это условие диктуется требованием надежного сообщения пласта со скважиной даже при низком качестве первичного вскрытия (высокие репрессии, неблагоприятные параметры бурового раствора и т.д.) и отрицательных последствиях тампонажных работ.
Все вышеуказанные известные конструкции гидромеханических перфораторов малоэффективны, т.к. имеют существенные недостатки.
При вскрытии обсадных колонн, формируют одну или две щели, расположенные в одной плоскости, что не позволяет долгое время противостоять горному давлению, составляющему десятки МПа. Как следствие - геологический эффект от применения технологии кратковременен, а нарушенная крепь скважины остается, в результате чего возникает большая вероятность смятия эксплуатационной колонны.
Указанное расположение щелей не позволяет наиболее полно охватить всю продуктивную часть нефтяного пласта. Щель следует делать такой, чтобы напряжения в трубах возрастали не более чем на 30%, т.к. коэффициент запаса прочности колонны для фильтровой зоны составляет не менее 1,3. Исходя из этого условия, длина щели не должна превышать половины радиуса перфорируемой колонны, а при существующей технологии роликовой (пластической) перфорации создать щель длиной 3,5-4,5 см не представляется возможным. Причем создание длинных щелей особенно опасно в пескующих скважинах, где могут возникать значительные осевые нагрузки, вызванные силами трения грунта о колонну. Еще одним существенным недостатком данных перфораторов является обязательное увеличение окружности (диаметра) обсадной колонны на толщину внедрившихся в нее роликов, что приводит к растрескиванию цементного камня в зоне перфорации и еще большей потере устойчивости обсадной колонны.
Наиболее эффективной является точечная перфорация, например, с использованием устройств, снабженных прокалывающими резцами, так как такая перфорация сохраняет колонну в рабочем состоянии, оставляя перемычки между перфорационными отверстиями. При этом скважина вскрывается в щадящем режиме, не накладывая дополнительных нагрузок, сохраняя фильтрационно-емкостные свойства пород-коллекторов и обеспечение максимального значения коэффициента гидродинамического совершенства скважины - основного критерия оценки гидродинамической связи пласта со скважиной.
К таковым относится устройство для создания перфорационных каналов в обсадной колонне скважины по патенту на полезную модель RU 68587, оп. 27.11.2007 г., принятое за прототип как наиболее близкое по технической сущности и достигаемому результату.
Устройство по прототипу содержит трубчатый корпус с размещенным на нем гидроцилиндром с хвостовиком и подпружиненным поршнем, выполненные с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно трубного корпуса. Поршень подпружинен вверх относительно гидроцилиндра и трубного корпуса, а снизу оснащен клиновым толкателем, взаимодействующим с резцедержателями с перфорационными резцами, которые размещены на конце хвостовика с возможностью радиального возвратно-продольного перемещения под действием клинового толкателя. Резцедержатель с резцом имеют гидромониторные каналы, сообщающиеся с переточными каналами клинового толкателя. Выше гидроцилиндра могут быть закреплены один или несколько дополнительных гидроцилиндров с дополнительными поршнями, которые соединены с поршнем и установлены так, что между трубным корпусом и дополнительными поршнями расположена кольцевая полость, сообщенная с надпоршневой полостью всех цилиндров. Трубный корпус разобщен глухой перегородкой, верхняя полость которого сообщена с кольцевой полостью, а нижняя - переточными отверстиями с подпоршневой полостью гидроцилиндра. Нижняя полость трубного корпуса выполнена также с возможностью взаимодействия с кольцевой полостью при перемещении подпружиненного поршня вниз.
Недостатками прототипа являются невысокий гидромониторный эффект, при формировании каналов в призабойной зоне пласта, ввиду конструктивных особенностей устройства не позволяющих обеспечить герметичность соединения переточных каналов клина и резцедержателя, что приводит к значительным потерям объема поступающего в гидромониторы рабочей жидкости и ее давления. Следует учесть, что даже при незначительном изменении внутреннего диаметра обсадной колонны, «теряется» соосность каналов клина и резцедержателя, что тоже отрицательно сказывается на герметичности гидросистемы и, соответственно, на гидромониторном эффекте. Также большим недостатком данной конструкции является резкое падение гидромониторного эффекта в периоды пока резцедержатель не перекроет переточные каналы в клине. Для поддержания давления в системе эти каналы должны иметь малое сечение, сравнимое с проходным сечением гидромониторов. Все вышеуказанное крайне отрицательно сказывается на энергии струи, которой будет недостаточно для намыва каверн и следовательно для эффективности обработки пласта. Кроме того, устройство имеет достаточно сложную конструкцию.
Использование совершенных устройств по всему комплексу работ вторичного вскрытия пласта являются определяющими для эффективной работы скважины.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности обработки продуктивного пласта при упрощении конструкции, снижении металлоемкости и материальных затрат.
Технический результат достигается тем, что устройство для создания перфорационных каналов в скважине содержит корпус, клин с пазами, по меньшей мере, два размещенные друг за другом гидроцилиндра с соединенными шток-поршнями, один из которых подпружинен. По меньшей мере, два резца с гидромониторами и резцедержателями установлены в пазах своей опоры и клина с возможностью радиального возвратно-поступательного перемещения. Новым является то, что корпус образован клином и стенками гидроцилиндров, шток-поршни которых выполнены с осевым каналом, сообщенным переточными каналами с их подпоршневыми полостями, а трубками и каналами резцедержателей - с гидромониторами резцов. При этом опора резцедержателей с резцами соединена с шток-поршнем, который подпружинен вниз относительно гидроцилиндра.
В отличие от прототипа, в предлагаемой конструкции корпус образован клином и гидроцилиндрами заодно целое и жестко соединен с колонной НКТ, что гарантирует надежность устройства и исключение его «заякоревания» при извлечении резцов из обсадной колонны. При этом наличие в шток-поршнях осевого канала, сообщенного с подпоршневыми полостями гидроцилиндров и гидромониторами резцов, обеспечивает надежную подачу рабочей жидкости в продуктивный пласт скважины без гидравлических потерь и эффективную работу всего устройства.
Заявляемое устройство поясняется примером его выполнения с двумя гидроцилиндрами, двумя резцами и сопровождающим чертежом общего вида.
Устройство содержит корпус 1, образованный стенками гидроцилиндров 2, 3 и клином 4, имеющим пазы 5, в которых размещены два диаметрально расположенных резцедержателя 6, установленные в радиальных пазах 7 опоры 8. На резцедержателях 6 размещены перфорационные резцы 9 с гидромониторами 10. Шток-поршни 11 и 12 соответствующих гидроцилиндров 2 и 3 соединены между собой и имеют общий осевой канал 13, который сообщается с их подпоршневыми полостями 14 и 15 посредством переточных каналов 16 и с гидромониторами 10 посредством трубок 17 и каналов 18. Шток-поршень 12 подпружинен вниз относительно гидроцилиндра 3 пружиной сжатия 19 и соединен с опорой 8. Для герметизации устройства все соединения конструкции снабжены уплотнениями.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Устройство на колонне насосно-компрессорных труб спускают в скважину к интервалу перфорации и подают под давлением рабочую жидкость, которая проходя по каналам 13 и 16 в подпоршневые полости 14 и 15, воздействует на шток-поршни 11 и 12, перемещая их вверх, сжимая пружину 19 и увлекая за собой опору 8. Резцедержатели 6 с резцами 9 перемещаются по пазам 5 клина 4 и радиальным пазам 7 опоры 8 до касания стенок обсадной колонны 20. Шток-поршни 11 и 12 фиксируются относительно обсадной колонны 20, а корпус 1. «растягивая» колонну НКТ, перемещается вниз, раздвигая резцедержатели 6 с резцами 9, которые производят перфорацию стенок обсадной колонны 20. Одновременно рабочая жидкость, проходящая по трубкам 17 и каналам 18, выходит наружу через гидромониторы 10. Струи рабочей жидкости размывают цементный камень и прилегающую горную породу, образуя каверны в призабойной зоне пласта. После перфорации сбрасывают давление жидкости, колонна НТК «сжимается», увлекая за собой корпус 1 с клином 4 и вытаскивая резцы 9 из стенок обсадной колонны 20. Опора 8 посредством пружины 19 возвращается в исходное положение, увлекая резцедержатели 6 с резцами 9 в их исходное положение. Затем приспускают устройство на расчетное расстояние, вновь поднимают давление рабочей жидкости и производят одновременную перфорацию обсадной колонны и формирование каналов. Цикл повторяют необходимое количество раз без извлечения устройства из скважины. После окончания формирования всех каналов в ^скважине прекращают подачу рабочей жидкости, давление сбрасывается до атмосферного, опора возвращается в исходное транспортное положение и устройство извлекают из скважины.
По необходимости в конструкции предлагаемого устройства может быть увеличено количество устанавливаемых друг за другом гидроцилиндров и/или размещаемых на опоре резцедержателей с резцами. От количества гидроцилиндров зависит суммарная площадь поршней для создания необходимого усилия на врезание резцов, количество которых определяется требуемым числом каналов в скважине для вскрытия пласта за один цикл.
Использование простой, надежной и удобной в эксплуатации конструкции устройства позволит сократить время на обработку, существенно повысить эффективность вторичного вскрытия пластов и снизить материальные и финансовые затраты.