Перфоратор гидромеханический щелевой

Предложение относится к области бурения и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, а именно, к устройству для вторичного вскрытия пластов путем создания в эксплуатационных колоннах продольных перфорационных щелей и формирования фильтрационных каналов в призабойной зоне пласта. Корпус перфоратора закреплен на колонне насосно-компрессорных труб с помощью подвижного соединения для обеспечения вращательного движения. Накатной диск установлен под углом к оси перфоратора и закреплен на маятнике с возможностью прорезания щели в эксплуатационной колонне по винтовой линии. Подвижное соединение корпуса перфоратора с колонной НКТ выполнено в виде подвижной соединительной муфты. Угол наклона накатного диска к оси перфоратора выбран из условия получения заданного шага Т винтовой щели, определяемого по формуле: мм, где D - наружный диаметр колонны, мм. Расположение накатного диска под углом ° к оси перфоратора и использование соединения подвижного для обеспечения винтового вращательного движения при формировании винтовой щели на накатном диске обеспечивает возникновение крутящего момента, который передается на корпус, и перфоратор, при перемещении вдоль оси колонны, получает вращательное движение. Винтовое расположение щели значительно сохраняет остаточные прочностные характеристики эксплуатационной колонны и ее способность противостоять воздействию горного давления.

Предложение относится к области бурения и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, а именно, к устройству для вторичного вскрытия пластов путем создания в эксплуатационных колоннах продольных перфорационных щелей и формирования фильтрационных каналов в призабойной зоне пласта.

Из уровня техники известны устройства для щелевой перфорации обсадных колонн, основанные на использовании режущего инструмента в виде выдвижного накатного ролика. Такое устройство раскрыто, например, в RU 2182221 С1, 10.05.2002; RU 2151858 C1, 27.06.2000; RU 2087683 C1, 20.08.1997; RU 2030563 C1, 10.03.1995; RU 2007549 C1, 15.02.1994; US 4119151 A, 10.10.1978; US 4220201 A, 02.09.1980. Описываемые устройства отличаются в основном конструкцией механизма крепления и выдвижения режущего инструмента.

Одним из недостатков приведенных устройств является быстрый износ рабочих деталей, в том числе режущего узла, сложность их замены и ремонта, т.к. для этого требуется полная разборка устройства. Другим недостатком является неэффективная обработка призабойной зоны.

Наиболее близким аналогом предлагаемого перфоратора можно считать гидромеханический перфоратор по патенту RU 2182221 C1, 10.05.2002.

Геолого-технические условия вторичного вскрытия продуктивных пластов в обсаженных скважинах диктуют, как минимум, три критерия его эффективности:

1. Суммарная поверхность вскрытия обсадной колонны (в виде отверстий или щелей) должна быть максимальной. Однако колонна должна

сохранить способность противостоять горизонтальной составляющей горного давления, которая весьма значительна.

2. 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.

3. В пределах продуктивного пласта должно быть сформировано несколько глубоких перфорационных каналов. Вопрос количества и глубины каналов очевиден: чем больше, тем лучше. 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.

Практически все известные гидромеханические перфораторы, используемые для вскрытия обсадных колонн, формирую 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. Кроме этого, такое расположение щелей не позволяет наиболее полно охватить всю продуктивную часть нефтяного пласта.

Задачей предлагаемого решения является улучшение технологичности, повышение производительности процесса перфорации и качества вскрытия пласта.

Технический результат, обеспеченный решением данной задачи, заключается в сохранении остаточных прочностных характеристик эксплуатационной колонны и ее способности противостоять воздействию горного давления за счет винтового расположения щели.

Указанный технический результат получен за счет того, что в гидромеханическом скважинном перфораторе, включающем корпус, выдвижной режущий инструмент в виде накатного диска, гидромониторную насадку, согласно предлагаемому решению корпус перфоратора закреплен на колонне насосно-компрессорных труб с помощью подвижного соединения для обеспечения винтового вращательного движения, при этом накатной диск установлен под углом к оси перфоратора и закреплен на маятнике с возможностью прорезания щели в эксплуатационной колонне по винтовой линии.

Подвижное соединение корпуса перфоратора с колонной НКТ выполнено в виде подвижной соединительной муфты.

Угол наклона накатного диска к оси перфоратора выбран из условия получения заданного шага Т винтовой щели, определяемого по формуле:

мм, где D - наружный диаметр колонны, мм;

Конструкция гидромеханического щелевого перфоратора с расположением накатного диска под углом ° к оси перфоратора и использованием соединения подвижного, для обеспечения винтового вращательного движения при формировании винтовой щели на накатном диске обеспечивает возникновение крутящего момента, который передается на корпус, и перфоратор, при перемещении вдоль оси колонны, получает вращательное движение.

На фиг.1 приведена принципиальная схема перфоратора, на фиг.2 - (разрез по А-А) более подробно показана конструкция узлов перфоратора.

Перфоратор состоит из корпуса 1, в котором установлен маятник 2 с накатным диском 3, расположенным под углом ° к оси перфоратора. Силовой механизм (плунжер 4, соединенный с поршнем 5) воздействует на маятник 2 с накатным диском 3, который выходит из корпуса и формирует щель в эксплуатационной колонне по винтовой линии. Гидромониторы 6, через которые подается рабочая жидкость, закреплены, например, на поршне

5 силового механизма и обеспечивают по окончании формирования щели размыв цементного кольца, горной породы и образование фильтрационных каналов. Пружина 7 предназначена для возвращения после стравливания давления рабочей жидкости в НКТ до атмосферного силового механизма 4 и 5 в исходное положение, а пружина 8 - для возвращения в исходное положение маятника 2 с накатным диском 3.

Принцип действия перфоратора.

На колонне насосно-компрессорных труб перфоратор спускается в скважину в заданный интервал перфорации. Установив устройство в скважине, производят прямую промывку полости труб и устройства от различных механических примесей, окалины, попадающих в полость труб во время геофизических работ по привязке перфоратора к заданному интервалу. Затем в полость труб бросают шар малого диаметра, который, пройдя через подвеску труб и полый шток перфоратора, опускается в посадочное гнездо поршня-толкателя и перекрывает центральный промывочный канал. После этого в НКТ создают рабочее давление и начинают воздействовать на поршень-толкатель, который, передвигаясь поступательно вдоль оси прибора, выталкивает режущий узел с накатным диском 3. При этом Накатной диск перемещается по винтовой линии, как это описано выше.

Ступенчато создавая давление от 1,0 до 8,0 МПа в полости НКТ, перемещают перфоратор вверх-вниз, и производят постепенное вдавливание режущего диска в стенку эксплуатационной колонны.

После образования винтовой перфорационной щели в эксплуатационной колонне, давление, в полости труб, поднимают до 15,0 МПа, реализуя гидромониторный эффект струи. Струи жидкости, истекая из гидромониторных насадок с огромной скоростью, разрушают цементный камень и горную породу за эксплуатационной колонной, формируя фильтрационные каналы. Затем давление в полости труб снижается до

атмосферного, и под действием возвратной пружины режущий узел втягивается в перфоратор.

Технико-экономические преимущества предложенного перфоратора.

1. Винтовое расположение щели значительно сохраняет остаточные прочностные характеристики эксплуатационной колонны и ее способность противостоять воздействию горного давления, что имеет немаловажное значение для длительной эксплуатации скважин.

2. Техническое решение позволят охватить всю мощность продуктивного пласта и оборудовать скважину системой протяженных крестообразных каналов - достигается 2, 3-кратные увеличения притока.

1. Гидромеханический скважинный перфоратор, включающий корпус, расположенные в нем силовой механизм, выдвижной режущий инструмент в виде накатного диска, отличающийся тем, что корпус перфоратора закреплен на колонне насосно-компрессорных труб с помощью подвижного соединения с возможностью обеспечения вращательного движения корпуса, при этом накатной диск установлен под углом к оси перфоратора с возможностью прорезания щели в эксплуатационной колонне по винтовой линии.

2. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что подвижное соединение корпуса перфоратора с колонной НКТ выполнено в виде подвижной соединительной муфты.

3. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что угол наклона накатного диска к оси перфоратора выбран из условия получения заданного шага Т винтовой щели, определяемого по формуле

мм,

где D - наружный диаметр колонны, мм;

° - угол наклона накатного диска к оси перфоратора.

4. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что в корпусе расположена гидромониторная насадка.