устройство для прокалывания трубы нефтяной или газовой скважины

Формула изобретения

Устройство для прокалывания трубы нефтяной или газовой скважины, содержащее поршень с уплотнениями и прокалывающим инструментом, расположенный в рабочей камере прокалывающего перфоратора, отличающееся тем, что кромки поршня выполнены радиусными, к уплотнениям изнутри поршня выполнены каналы для подвода скважинной жидкости, в каналах установлены поршеньки и ограничители их выхода из каналов, имеющие проходные отверстия, при этом наружная поверхность инструмента выполнена ступенчато расширяющейся от носовой части, а внутри инструмента выполнено продольное отверстие с подведенными к нему отверстиями от каждой ступени и радиальными каналами на подошве инструмента для соединения формируемого перфорационного канала со скважиной.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для перфорации трубы нефтяной или газовой скважины.

Известны разные устройства для перфорации труб нефтяных и газовых скважин: прокалывающие, сверлящие, взрывные, химические и т.п.(см., например, Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник. Под ред. Л.Я. Фридляндера. - М. : Недра, 1990; "Гидромониторная перфорационная система" в журнале "Нефть, газ и нефтехимия за рубежом". Переведенное издание журналов США, 1991, 6, с. 51-52; патент РФ 2069739 от 27.11.96. , МПК Е 21 В 43/11, патент США 2381929, Е 21 В 43/112, 1945).

Наиболее прогрессивными являются устройства для прокалывания, однако их инструменты заклиниваются в трубе при перфорации.

Этот недостаток устранен в другом известном устройстве, принятом за прототип.

Устройство для прокалывания трубы нефтяной или газовой скважины по прототипу содержит поршень с уплотнениями и прокалывающим инструментом, расположенный в рабочей камере прокалывающего перфоратора (патент РФ 2069739, МПК Е 21 В 3/11, 27.11.96).

В устройстве по прототипу создана форма инструмента, которая исключает его заклинивание в трубе при ее прокалывании.

Однако на практике выявились и некоторые недостатки известного устройства, не позволяющие успешно использовать его для прокалывания трубы нефтяной или газовой скважины. Эти недостатки следующие:

- поршень, на котором установлен инструмент, задирает стенки цилиндра, так как любая неуравновешанность сил при прокалывании приводит к перекосу поршня;

- поршневые кольца пропускают скважинную жидкость в рабочую камеру высокого давления после выключения работы перфоратора, когда давление в этой камере падает до исходного;

- в результате входа порции скважинной жидкости в рабочую камеру высокого давления поршень и инструмент при возвратном ходе имеют недоход, возрастающий после каждого рабочего цикла;

- обратный ход поршня и инструмента затруднен из-за неудовлетворительного входа скважинной жидкости в перфорационный канал, плотно закрытый инструментом после окончания рабочего хода, в результате чего инструмент придавливается к поверхности перфорационного канала;

- инструмент имеет протяженные поверхности, контактирующие со стенками перфорационного канала, в связи с чем при наличии даже незначительного поддавливания со стороны скважинной жидкости инструменту затруднительно покинуть перфорационный канал;

- при определенных условиях на инструмент в закрытом канале через жидкость действует пластовое и даже горное давление, в результате чего усилия прокалывания возрастают до двух и более раз;

- при запирании жидкости в перфорационном канале в ней могут возникнуть давления, превышающие давление в камере высокого давления перфоратора, в результате чего процесс прокалывания может стать вообще невозможным.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является отсутствие задиров поршня о стенки цилиндра, отсутствие пропускания скважинной жидкости через уплотнения; удовлетворительный выход инструмента из перфорационного канала; полный возврат поршня и инструмента в исходное положение.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для прокалывания трубы нефтяной или газовой скважины, содержащем поршень с уплотнениями и прокалывающим инструментом, расположенный в рабочей камере прокалывающего перфоратора, согласно изобретению кромки поршня выполнены радиусными, к уплотнениям изнутри поршня выполнены каналы для подвода скважинной жидкости, в каналах установлены поршеньки и ограничители их выхода из каналов, имеющие проходные отверстия, при этом наружная поверхность инструмента выполнена ступенчато расширяющейся от носовой части, а внутри инструмента выполнено продольное отверстие с подведенными к нему отверстиями от каждой ступени и радиальными каналами на подошве инструмента для соединения формируемого перфорационного канала со скважиной.

Выполнение кромок поршня радиусными исключает задиры поршня о стенки цилиндра при перекосах поршня.

Подвод скважинной жидкости через каналы к уплотнениям изнутри поршня обеспечивает изменение вида деформации уплотнений путем их постоянного поддавливания к стенке цилиндра, в результате чего при изменении направления хода поршня уплотнения не меняют вида деформаций, а постоянно прижаты к цилиндру. При таком постоянном поджатии скважинная жидкость не может проникнуть в рабочую камеру, а рабочая жидкость не может проникнуть в скважину при изменении направления движения поршня.

Поршеньки в каналах с ограничителями их выхода из каналов и проходными отверстиями необходимы, с одной стороны, для создания скважинного давления в каналах, воздействующего на уплотнения, а с другой стороны, - для предотвращения выхода рабочей жидкости в скважину, если жидкость прошла через уплотнения.

Выполнение наружной поверхности инструмента ступенчато расширяющейся от носовой части способствует тому, что каждая последующая ступень расширяет перфорационный канал под другим углом и тем самым освобождает предыдущую ступень от контакта с каналом. Последняя ступень имеет самый большой угол и наименьшую вероятность заклинивания или прилипания к деформируемому материалу. Таким образом, улучшаются условия выхода инструмента из перфорационного канала и его возврата.

Выполнение в инструменте продольного отверстия, к которому подведены отверстия от каждой ступени и радиальные каналы на подошве инструмента, устраняет, во-первых, возможность образования разрежения (низкого давления) под инструментом в перфорационном канале, ухудшающего выход инструмента из этого канала; а, во-вторых, - возможность действия через жидкость в перфорационном канале высокого пластового и еще более высокого горного давления, превышающего скважинное в 2-2,5 раза, что пропорционально увеличивает усилия прокалывания.

Предложенное устройство показано на прилагаемом чертеже.

Устройство содержит поршень 1 с уплотнениями 2 и прокалывающим инструментом 3. Поршень 1 расположен в рабочей камере 4 перфоратора 5. Кромки 6 поршня 1 выполнены радиусными. К уплотнениям 2 изнутри через каналы 7 подведена скважинная жидкость. В каналах 7 установлены поршеньки 8 и ограничители 9 выхода поршеньков 8 из каналов, имеющие проходные отверстия 10. Наружная поверхность инструмента 3 выполнена ступенчато расширяющейся от носовой части 11. Внутри инструмента 3 выполнено продольное отверстие 12, к которому подведены отверстия 13 от каждой ступени инструмента 3; на подошве 14 инструмента 3 выполнены радиальные каналы 15, подведенные к продольному отверстию 12 инструмента 3.

Устройство работает следующим образом. При спуске перфоратора 5 в скважину скважинная жидкость заходит через отверстие 10 в ограничителе 9 и воздействует на поршенек 8, который поднимает давление жидкости в канале 7 до величины скважинного. Жидкость под давлением воздействует на уплотнения 2 и прижимает их к стенкам цилиндра, препятствуя проходу скважинной жидкости в рабочую камеру 4, а рабочей жидкости из рабочей камеры 4 - в скважину при любом направлении перемещения поршня 1.

При создании давления в рабочей камере 4 поршень 1 с инструментом 3 перемещаются, инструмент 3 внедряется в трубу, например в НКТ или колонну, и начинает формировать перфорационный канал, в котором каждая ступень инструмента 3 расширяет канал для освобождения предыдущей ступени, улучшая ее обратный выход. Отверстия 12, 13 и канал 15 соединяют формируемый перфорационный канал со скважиной, в результате чего в этом канале не может образоваться ни пластовое, ни горное, ни сверхвысокое давление закрытого объема, ни низкое давление в начальный момент возврата инструмента. Давление впереди и сзади инструмента 3 всегда будет равно скважинному давлению, что создает благоприятные условия для работы инструмента.

Эффективность работы устройства для прокалывания трубы существенно возрастает.