Перфоратор для вторичного вскрытия продуктивных пластов с формированием протяженных фильтрационных каналов
Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована при вторичном вскрытии продуктивных пластов, формировании конструкции фильтра с протяженными каналами, восстановлении нефтяных и газовых скважин и создании перфорационных щелей или отверстий в обсадной колонне. Перфоратор спускают в скважину и подают рабочую жидкость под давлением через гидромониторные насадки для формирования фильтрационных каналов в пласте. Подачу рабочей жидкости в гидромониторные насадки осуществляют с помощью соединительных рукавов высокого давления. Перемещают гидромониторные насадки в пласт на заданную глубину путем выдвижения из корпуса соединительных рукавов под действием силы давления рабочей жидкости. В случае обработки призабойной зоны пласта в обсаженных скважинах после спуска перфоратора производят с его помощью формирование в обсадной колонне, по меньшей мере, одной щели или отверстия, через которые выдвигают, по меньшей мере, один соединительный рукав с гидромониторной насадкой. Используемые гидромониторные насадки обладают кавитационным эффектом. Технический результат заключается в возможности формирования конструкции фильтра с фильтрационными проницаемыми каналами, большая протяженность которых и расположение под углом от 30 до 90 градусов в разных направлениях относительно оси скважины позволяет увеличить полноту охвата призабойной зоны пласта.
Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована при вторичном вскрытии продуктивных пластов и формировании в них конструкций фильтров с проницаемыми каналами.
Из уровня техники известны способы вскрытия продуктивных пластов и устройства для щелевой перфорации обсадных колонн, основанные на использовании режущего инструмента в виде выдвижного накатного ролика. Такое устройство раскрыто, например, в RU 2151858 С1, МПК7 Е 21 В 42/114, 27.06.2000 или в RU 2180038 С1, МПК7 Е 21 В 43/114, 27.02.2002. Описываемые устройства отличаются в основном конструкцией механизма крепления и выдвижения режущего инструмента.
Недостатками приведенных решений является быстрый износ рабочих деталей, в том числе элементов, на которых крепится накатной ролик, а также сложность замены режущего инструмента, при которой требуется полная разборка устройства.
Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является гидромеханический скважинный перфоратор для вскрытия продуктивных пластов призабойной зоны (RU 2182221 С1, МПК7 Е 21 В 43/114, 10.05.2002). Способ, описанный в данном патенте, включает спуск перфоратора в скважину, формирование в обсадной колонне перфорационных щелей, подачу в них рабочей промывочной жидкости под давлением через гидромониторные насадки с образованием каверн в обрабатываемом пласте. Соответственно, перфоратор содержит корпус, режущий инструмент в виде накатного диска, гидромониторные насадки, полый шток-фильтр, расположенный в двух
гидроцилиндрах, поршень-толкатель с гидроканалами, связанный с осью накатного диска, расположенной в направляющих пазах боковых пластин, которые охватывают клиновой паз, содержащий съемные пластины.
Однако, подача рабочей жидкости через зафиксированные в устройстве гидромониторные насадки не позволяет достаточно эффективно обрабатывать призабойную зону пласта (ПЗП), т.к. кинетическая энергия струи через незначительное расстояние затухает, наблюдается эффект затопленной струи и размыв породы прекращается.
Задачей полезной модели является повышение технологичности и эффективности обработки ПЗП с обеспечением интенсификации притока нефти или газа к забою скважины, повышение производительности процесса. Технический результат, который обеспечивается предложенной полезной моделью, заключается в возможности формирования конструкции фильтра с прилегающими каналами и наименьшими гидравлическими потерями. Их большая протяженность, расположение под углом от 30 до 90 градусов в разные стороны относительно оси скважины позволяет увеличить площадь фильтрации и эффективный радиус скважины. Постоянный контакт струи жидкости с породой приводит к тому, что эффект затопленной струи полностью отсутствует.
Указанный технический результат достигается использованием перфоратора для вторичного вскрытия продуктивных пластов, содержащего корпус, имеющий, по меньшей мере, одну гидромониторную насадку с возможностью выхода через нее рабочей жидкости под давлением для обработки призабойной зоны пласта, согласно полезной модели, снабженного, по меньшей мере, одним соединительным рукавом высокого давления, размещенным в корпусе с возможностью выдвижения его из корпуса, каждая гидромониторная насадка установлена на конце соответствующего соединительного рукава таким образом, что входной патрубок
гидромониторной насадки размещен внутри соединительного рукава с возможностью воздействия на его торец силы давления рабочей жидкости и выдвижения соединительного рукава с гидромониторной насадкой из корпуса.
Гидромониторные насадки перфоратора выполнены с обеспечением кавитационного эффекта.
Перфоратор может иметь расположенный внутри корпуса механизм формирования щелей или отверстий в эксплуатационной колонне.
Механизм перфоратора для формирования щелей при этом может быть выполнен в виде резцовой головки и связанного с ней механизма поворота, а резцовая головка имеет на части поверхности резцы и выполнена с возможностью выхода резцов из отверстий корпуса в рабочем положении при ее повороте.
В процессе работы перфоратора в обсаженных скважинах формируют отверстия или щели в эксплуатационной колонне любым из методов (сверлением, фрезерованием, продавливанием и т.д.) и выдвигают в эти отверстия один и более соединительных рукавов высокого давления любой необходимой длины. Более одного соединительных рукавов выдвигают в нескольких направлениях относительно оси скважины, например, диаметрально, крестообразно, звездообразно и т.д., и под любым необходимым углом от 30 до 90 градусов относительно оси скважины.
Начинают обработку ПЗП, формируя фильтрационные каналы сразу после формирования одного и более отверстия или щелей необходимой длины и ширины в эксплуатационной колонне, не производя дополнительных спускоподъемных операций.
Конструкция рабочей головки перфоратора с возможностью варьировать угол выхода рукавов высокого давления от 30 до 90 градусов и в разные направления относительно оси скважины позволяет формировать каналы с более полным охватом ПЗП.
Использование гидромониторных насадок с кавитационным эффектом, обеспечивающих излучение ударной волны, приводит к быстрейшему
разрушению породы в призабойной зоне скважины для формирования каналов, способствует очистке закупоренных поровых каналов продуктивного пласта, ускоряет приток пластовой жидкости (нефти, газа) в скважину, способствует удалению продуктов очистки различных кольматантов из поровых каналов.
На фиг.1 схематично представлен предлагаемый перфоратор в исходном положении, на фиг.2 - место А на фиг.1 в увеличенном масштабе, на фиг.3 - один из вариантов гидромониторной насадки и рукав высокого давления в разрезе.
Перфоратор состоит из циркуляционного клапана 1, к которому присоединяется НКТ, корпуса 2, длина l которого зависит от длины встроенных соединительных рукавов 6 высокого давления. В корпусе 2 расположен поршень 3, присоединенный к тяге 4, пружина 5 растяжения, связанная с соединительными рукавами 6 высокого давления, трубки 7 для подачи рабочей жидкости в соединительные рукава 6. В нижней части перфоратора расположена рабочая головка 8, в которой расположены каналы 9, для выхода рукавов высокого давления 6, резцовая головка 10, с механизмом 11 поворота, связанным с тягой 4 и пружиной 12. Гидромониторные насадки 13 смонтированы на концах соединительных рукавов высокого давления 6. Входной патрубок гидромониторной насадки 13 размещен внутри рукава 6, так что сила давления рабочей жидкости воздействует на торец 14 входного патрубка и продвигает насадку 13 вместе с рукавом вдоль формируемого канала.
Гидромониторные насадки 13 могут иметь любую форму, но для обеспечения кавитационного эффекта обязательным условием должно быть движение жидкости через местные сопротивления, в которых поток претерпевает местное сужение, а затем расширение (см. фиг.2). Поэтому канал, соединяющий входное отверстие гидромониторной насадки 13 с
выходным отверстием на фронтальной поверхности, имеет сужение и расширение.
При движении жидкости через местное сужение (F 2<F1 - фиг.2) увеличивается ее скорость и падает давление. В нашем случае давление достигает давления насыщенных паров в жидкости при данной температуре, в этом месте жидкости начинается интенсивное ее кипение с выделением растворимых газов. В расширяющейся части скорость потока уменьшается, а давление возрастает, поэтому выделение паров и газов прекращается, выделившиеся пары конденсируются, а газы вновь растворяются.
Устройство работает следующим образом.
На колонне НКТ перфоратор опускают в скважину до нижней отметки заданного интервала перфорации.
При обработке призабойной зоны обсаженной скважины подают низкое давление рабочей жидкости к перфоратору. Срабатывает поршень 3 и через тягу 4 происходит срабатывание механизма поворота 11, который поворачивает резцовую головку 10, выходят первые резцы, врезаясь в колонну на 2 мм.
Производится подъем перфоратора до верхней отметки интервала перфорации. Резцы прорезают пазы в обсадной колонне на заданную глубину.
Затем производят опускание перфоратора до нижней отметки и повторяют цикл. Следующие резцы выходят еще на 2 мм глубже. Циклы повторяют до полного вскрытия обсадной колонны с образованием в ней щели или отверстия.
Подают высокое давление рабочей жидкости к перфоратору. Жидкость вскрытия, проходя по рукавам высокого давления 6, давит на площадь F торца 14 входного патрубка гидромониторной насадки, образованную разностью двух диаметров (большего внутреннего диаметра рукава высокого давления и меньшего диаметра отверстия входного патрубка гидромониторной насадки). В процессе осуществления способа действует сила Р подачи гидромониторной
насадки с рукавом высокого давления, которая рассчитывается по формуле P=F·p кгс,
где F=0,785 (dВН2 -d12), F - площадь, см2, образованная разностью двух диаметров, на которую давит жидкость, подаваемая к гидромонитору,
dВН2 - внутренний диаметр рукава высокого давления, см,
d 12 - диаметр отверстия входного патрубка гидромониторной насадки, см,
р - рабочее давление жидкости, кгс/см2.
Сила давления выталкивает соединительные рукава 6 высокого давления и присоединенные к ним гидромониторные насадки 13 из корпуса перфоратора вглубь породы. Жидкость вскрытия, выходя с большой силой через гидромониторные насадки 13, разрушает породу, а поступательное движение рукавов 6 высокого давления формирует в ней каналы. По окончании формирования каналов сбрасывают высокое давление жидкости. Под действием пружины 5 рукава 6 высокого давления возвращаются в исходное положение.
Производят дополнительный поворот резцовой головки 10 механизмом 11 поворота, что приводит ее в исходное положение, т.е. резцы занимают положение, равное размеру наружного диаметра перфоратора (транспортное положение).
В случае обработки призабойной зоны пласта необсаженных скважин формирование фильтрационных каналов осуществляется сразу выдвижением рукавов высокого давления 6 и гидромониторных насадок 13 без механической обработки. При этом весьма целесообразно использование гидромониторных насадок с кавитационным эффектом.
Технико-экономические преимущества полезной модели заключаются в следующем.
Использование предлагаемой полезной модели позволит получить каналы фильтрации максимальной глубины, что обеспечит ускорение освоения скважины, увеличит дебит скважины, вышедшей из бурения. Кроме того, его
использование в малодебитных эксплуатируемых скважинах, где другие способы обработки призабойной зоны не дали положительных результатов, позволит не только восстановить, но и увеличить дебит скважины за счет гарантированного прохождения кольматированной части пласта и создания фильтрационных каналов с оптимальными фильтрационными свойствами. Применение данного способа в нагнетательных скважинах позволит многократно увеличить их приемистость и снизить давление закачки.
Все вышеперечисленное позволит сократить материальные затраты на проведение различных операций, сократить время их проведения за счет комплексного использования описанного перфоратора, а также снизить износ оборудования и получить ощутимый экономический эффект.
1. Перфоратор для вторичного вскрытия продуктивных пластов, содержащий корпус, имеющий, по меньшей мере, одну гидромониторную насадку с возможностью выхода через нее рабочей жидкости под давлением для обработки призабойной зоны пласта, отличающийся тем, что он снабжен, по меньшей мере, одним соединительным рукавом высокого давления, размещенным в корпусе с возможностью выдвижения его из корпуса, каждая гидромониторная насадка установлена на конце соответствующего соединительного рукава таким образом, что входной патрубок гидромониторной насадки размещен внутри соединительного рукава с возможностью воздействия на его торец силы давления рабочей жидкости и выдвижения соединительного рукава с гидромониторной насадкой из корпуса.
2. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что гидромониторные насадки выполнены с обеспечением кавитационного эффекта.
3. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что снабжен расположенным внутри корпуса механизмом формирования отверстий или щелей в эксплуатационной колонне.
4. Перфоратор по п.3, отличающийся тем, что механизм формирования щелей или отверстий выполнен в виде резцовой головки и связанного с ней механизма поворота, а резцовая головка имеет на части поверхности резцы и выполнена с возможностью выхода резцов из отверстий корпуса в рабочем положении режущей головки при ее повороте.
