устройство для перфорации ствола скважины с низким пластовым давлением

Формула изобретения

Устройство для перфорации ствола скважины с низким пластовым давлением, спускаемое на колонне труб, включающее трубчатый корпус, соединенный с поршнем и клиновым толкателем с резцедержателями и рабочими резцами, опорный корпус, взаимодействующий снизу с резцедержателями, пусковой золотниковый корпус, установленный с возможностью продольного перемещения относительно трубчатого корпуса, и кожух, соединенный жестко с опорным корпусом и установленный снаружи поршня с возможностью герметичного продольного перемещения относительно него вверх, отличающееся тем, что трубчатый корпус и золотниковый корпус соединены жестко соответственно с поршнем и с колонной труб, а в верхней части трубчатый корпус снабжен радиальными каналами, выполненными с возможностью герметичного перекрытия золотниковым корпусом при его перемещении вниз, при этом кожух зафиксирован относительно поршня срезным элементом и сверху снабжен технологическим цилиндрическим патрубком, герметично охватывающим трубчатый корпус и оснащенный снаружи на верхнем конце расширяющимся вверх конусным выступом, причем цилиндрический патрубок оснащен якорем с возможностью возвратно-поступательного и вращательного перемещения, состоящим из корпуса с направляющим штифтом, подпружиненных наружу центраторов с поджатыми внутрь плашками, выполненными с возможностью взаимодействия с конусным выступом в рабочем положении, при этом на наружной поверхности цилиндрического патрубка выполнены взаимодействующие с направляющим штифтом проточки, состоящие из продольных короткого и длинного пазов, соединенных фигурными пазами, верхний из которых, соединенный со средней частью продольного длинного паза, оснащен технологической выборкой так, что при неконтролируемом возвратно-поступательном перемещении якоря относительно цилиндрического патрубка направляющий штифт располагается вне верхней части продольного длинного паза, а при расчетном ограниченном перемещении якоря вниз относительно цилиндрического патрубка с последующим подъемом направляющий штифт будет располагаться в верхней части продольного длинного паза - рабочее положение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к области бурения и ремонта скважин с низким пластовым давлением для создания перфорационных каналов в обсадной колонне.

Известен «Перфоратор для скважины» (патент RU №2263767, Е21В 43/112, опубл. Бюл. №31 от 10.11.2005 г.), содержащий корпус с камерой, выполненный в виде клина с пазами и соединенный сверху с канатом, цилиндр с поршнем, расположенные в корпусе так, что подпоршневая полость сообщена с внутренним пространством скважины, а надпоршневая полость - с камерой корпуса, расположенной выше цилиндра, опору с радиальными пазами, резцы, установленные с возможностью перемещения в пазы клина и радиальные пазы опоры, отличающийся тем, что камера выполнена сборной из верхней и нижней частей, соединенных концентрично с возможностью герметичного осевого перемещения навстречу друг другу, при этом наружная поверхность нижней части камеры дополнительно оснащена самоуплотняющейся манжетой, пропускающей снизу вверх, а верхняя часть камеры, сообщенная сверху с внутренним пространством скважины, дополнительно оснащена толкателем с конической поверхностью, прижимающей самоуплотняющуюся манжету к стенкам скважины в рабочем положении, причем опора в верхней части снабжена внутренней цилиндрической выборкой под клин и выполнена из расположенных сверху вниз конической, цилиндрической частей и упора, при этом опора дополнительно оснащена якорным узлом, расположенным на ее цилиндрической части с возможностью осевого перемещения и состоящим из жестких центраторов с направляющим штифтом и подпружиненными внутрь плашками, выполненными с возможностью взаимодействия с конической частью опоры в рабочем положении, причем на наружной поверхности цилиндрической части опоры выполнены взаимодействующие с направляющим штифтом проточки, состоящие из осевых короткой и длинной частей, соединенных каналом так, что при осевом возвратно-поступательном перемещении якорного узла относительно опоры направляющий штифт будет поочередно располагаться в длинной и коротких осевых частях проточки.

Недостатками данной конструкции являются:

во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

во-вторых, детали технологически сложны в изготовлении, а сборка устройства весьма трудоемка;

в-третьих, перед перфорацией необходимо заполнить всю обсадную колонну выше перфоратора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для перфорации ствола скважины» (патент RU №2015137, Е21В 43/114, опубл. Бюл. №5 от 20.02.1998 г.), включающее трубчатый и опорный корпуса, клиновой толкатель с резцедержателями и рабочими резцами, рабочий поршень с возвратной пружиной, отличающееся тем, что оно снабжено пусковым золотниковым поршнем с дополнительной возвратной пружиной, размещенным с возможностью возвратно-поступательного перемещения на трубчатом корпусе, и кожухом, 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:

во-первых, необходим индивидуальный подбор жесткости дополнительной возвратной пружины для скважин с различными уровнями жидкости в обсадной колонне, кроме того, при спуске устройства в скважину возможны гидроудары, что ведет к несанкционированному срабатыванию устройства и созданию аварийной ситуации, все это в целом снижает надежность работы устройства;

во-вторых, возвратные пружины из-за сжатия и растяжения при каждом цикле работы теряют жесткость, что ведет к потере работоспособности устройства;

в-третьих, необходимо постоянно использовать насосный агрегат для создания давления жидкости в колонне труб для получения перфорационных отверстий.

Технической задачей изобретения является повышение надежности работы устройства с возможностью получения перфорационных отверстий в скважине с низким пластовым давлением на большой глубине без применения насосного агрегата, а также исключение возвратных пружин из конструкции устройства.

Поставленная техническая задача решается устройством для перфорации ствола скважины с низким пластовым давлением, спускаемым на колонне труб, включающим трубчатый корпус, соединенный с поршнем и клиновым толкателем с резцедержателями и рабочими резцами, опорный корпус, взаимодействующий снизу с резцедержателями, пусковой золотниковый корпус, установленный с возможностью продольного перемещения относительно трубчатого корпуса, и кожух, соединенный жестко с опорным корпусом и установленный снаружи поршня с возможностью герметичного продольного перемещения относительно него вверх.

Новым является то, что трубчатый корпус и золотниковый корпус соединены жестко соответственно с поршнем и с колонной труб, а в верхней части трубчатый корпус снабжен радиальными каналами, выполненными с возможностью герметичного перекрытия золотниковым корпусом при его перемещении вниз, при этом кожух зафиксирован относительно поршня срезным элементом и сверху снабжен технологическим цилиндрическим патрубком, герметично охватывающим трубчатый корпус, и оснащенный снаружи на верхнем конце расширяющимся вверх конусным выступом, причем цилиндрический патрубок оснащен якорем с возможностью возвратно-поступательного и вращательного перемещения, состоящим из корпуса с направляющим штифтом, подпружиненных наружу центраторов с поджатыми внутрь плашками, выполненными с возможностью взаимодействия с конусным выступом в рабочем положении, при этом на наружной поверхности цилиндрического патрубка выполнены взаимодействующие с направляющим штифтом проточки, состоящие из продольных короткого и длинного паза, соединенных фигурными пазами, верхний из которых, соединенный со средней частью продольного длинного паза, оснащен технологической выборкой, так, что при неконтролируемом возвратно-поступательном перемещении якоря относительно цилиндрического патрубка направляющий штифт располагается вне верхней части продольного длинного паза, а при расчетном ограниченном перемещении якоря вниз относительно цилиндрического патрубка с последующем подъемом направляющий штифт будет располагаться в верхней части продольного длинного паза - рабочее положение.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство для перфорации ствола скважины с низким пластовым давлением.

На фиг.2 изображено сечение А-А.

На фиг.3 изображена развертка проточки.

Устройство для перфорации ствола скважины с низким пластовым давлением, спускаемое на колонне труб 1 (см. фиг.1), включает трубчатый корпус 2, соединенный с поршнем 3 и клиновым толкателем 4 (см. фиг.1 и 2). В пазах клинового толкателя 4, например, соединением «ласточкин хвост» закреплены резцедержатели 5 с рабочими резцами 6.

Также устройство содержит опорный корпус 7 (см. фиг.1), взаимодействующий снизу с резцедержателями 5, пусковой золотниковый корпус 8, установленный с возможностью продольного перемещения относительно трубчатого корпуса 1.

Кожух 9 соединен жестко с опорным корпусом 7 и установлен снаружи поршня 3 с возможностью герметичного продольного перемещения относительно него вверх.

Трубчатый корпус 1 и золотниковый корпус 8 соединены жестко соответственно с поршнем 3 и с колонной труб 1.

В верхней части трубчатый корпус 1 снабжен радиальными каналами 10, выполненными с возможностью герметичного перекрытия золотниковым корпусом 8 при его перемещении вниз.

Кожух 9 зафиксирован относительно поршня 2 срезным элементом 11 и сверху снабжен цилиндрическим патрубком 12, герметично охватывающим трубчатый корпус 1, и оснащенный снаружи на верхнем конце расширяющимся вверх конусным выступом 13.

Цилиндрический патрубок 12 оснащен якорем 14 с возможностью возвратно-поступательного и вращательного перемещения. Якорь 14 состоит из корпуса 15 с направляющим штифтом 16, подпружиненных наружу посредством пружин 17 центраторов 18 с поджатыми внутрь плашками 19, выполненными с возможностью взаимодействия с конусным выступом 13 в рабочем положении.

На наружной поверхности цилиндрического патрубка 12 выполнены взаимодействующие с направляющим штифтом 16 проточки 20 (см. фиг.3), состоящие из продольных короткого 21 и длинного паза 22, соединенных фигурными пазами 23 и 24, верхний из которых 23, соединенный со средней частью продольного длинного паза 22, оснащен технологической выборкой 25, так, что при неконтролируемом возвратно-поступательном перемещении якоря 14 относительно цилиндрического патрубка 12 направляющий штифт 16 располагается вне верхней части 26 продольного длинного паза 22, а при расчетном ограниченном перемещении якоря 14 вниз относительно цилиндрического патрубка 12 с последующем подъемом направляющий штифт 16 будет располагаться в верхней части 26 продольного длинного паза 22 - рабочее положение. Снизу трубчатый корпус 2 снабжен технологическими отверстиями 27, сообщающими внутреннее пространство трубчатого корпуса 2 с надпоршневой полостью 28 поршня 3. Вспомогательные крепежные элементы на фиг.1, 2, 3 не показаны. Необходимую герметичность при работе устройства обеспечивают уплотнительные элементы 29, 30 и 31.

Устройство работает следующим образом.

Устройство в сборе (см. фиг.1) на конце колонны труб 1 спускают в заданный интервал перфорации ствола скважины, при этом в процессе спуска устройства в скважину якорь 14 имеет возможность контактировать с внутренними стенками ствола скважины (на фиг.1, 2, 3 не показано) и совершать возвратно-поступательном перемещении относительно цилиндрического патрубка 12, причем направляющий штифт 16, ввернутый в корпус 15, перемещается из технологической выборки 25 сначала в продольный короткий паз 21, а затем через нижний фигурный паз 24 в нижнюю часть продольного длинного паза 22 и далее вверх, где, достигнув средней части последнего через верхний фигурный паз 23, направляющий штифт 16 попадает обратно в технологическую выборку 25.

Таким образом, в процессе возвратно-поступательного перемещения якоря 14 относительно цилиндрического патрубка 12 направляющий штифт 16 перемещается на высоту не менее чем на 1 метр и не попадает в верхнюю часть 26 продольного длинного паза 22, что исключает контакт поджатых внутрь плашек 19 якоря 14 с конусным выступом 13 цилиндрического патрубка 12, а следовательно, не происходит преждевременное срабатывание устройства при спуске его в скважину, в связи с чем исключаются аварийные ситуации в скважине. Кроме того, в процессе спуска устройства в скважину радиальные каналы 10 трубчатого корпуса 2 находятся ниже золотникового корпуса 8, поэтому скважинная жидкость из межколонного пространства скважины (на фиг.1, 2, 3 не показано) свободно поступает во внутренние пространства трубчатого корпуса 2 и колонны труб 1, заполняя их, а подпружиненные наружу посредством пружин 17 центраторы 18, находясь в контакте с внутренними стенками ствола скважины, центрируют устройство.

Достигнув заданного интервала перфорации ствола скважины, производят подъем колонны труб 1 на расчетную высоту, например 0,5 метра, и опускают, при этом якорь 14 остается неподвижным относительно устройства благодаря тому, что подпружиненные наружу посредством пружин 17 центраторы 18 находятся в контакте с внутренними стенками ствола скважины, при этом остальные детали устройства совершают возвратно-поступательное перемещение относительно якоря 14.

При этом в процессе подъема направляющий штифт 16 перемещается вниз из технологической выборки 25 через верхний фигурный паз 23 в среднюю часть продольного длинного паза 22 и при последующем спуске направляющий штифт 16 перемещается из средней части продольного длинного паза 22 в его верхнюю часть 26, при этом поджатые внутрь плашки 19 своей внутренней поверхностью вступают во взаимодействие с конусным выступом 13 цилиндрического парубка 12, занимая рабочее положение. Спуск колонны труб 1 продолжают, при этом золотниковый корпус 8 смещается вниз до тех пор, пока своим нижним торцом не упрется в верхний торец цилиндрического парубка 12, при этом радиальные каналы 10 трубчатого корпуса 1 герметично посредством уплотнительных элементов 29 перекрываются золотниковым корпусом 8. Далее происходит разгрузка колонны труб 1 на якорь 14, поджатые внутрь плашки 19 которого дожимаются к внутренним стенкам ствола скважины под весом колонны труб 1, при этом на устьевом индикаторе веса (на фиг.1, 2, 3 не показано) фиксируется падение веса колонны труб 1.

Если глубина перфорации скважины с низким пластовым давлением большая, а уровень жидкости, находящийся в колонне труб, низок, то доливают колонну труб 1 технологической жидкостью до устья. Если же этого не достаточно для перфорации, то с помощью насосного агрегата (на фиг.1, 2, 3 не показано) создают в устройстве давление и производят перфорацию. При этом и в том, и в другом случае происходит разрушение срезного элемента 11, фиксирующего неподвижно поршень относительно кожуха 9, и перемещение вниз, жестко связанных между собой поршня 3 и клинового толкателя 4. В процессе перемещения клинового толкателя 4 вниз он раздвигает резцедержатели 5 с рабочими резцами 6 радиально наружу, при этом от осевого перемещения резцедержатели 5 удерживает верхний торец опорного корпуса 7. Рабочие резцы 6 перфорируют (прокалывают) ствол скважины. После чего колонну труб 1 приподнимают вверх, при этом золотниковый корпус 8, жестко связанный с колонной труб 1, поднимается вверх относительно находящегося неподвижно трубчатого корпуса 2, открывая радиальные каналы 10 последнего, которые оказываются ниже золотникового корпуса 8 и сообщают межколонное пространство скважины с внутренними пространствами колонны труб 1, трубчатого корпуса 2 и над поршневой полостью 28, при этом давление в них и в межколонном пространстве скважины выравнивается. В результате чего при последующем подъеме колонны труб 1 сначала поджатые внутрь плашки 19 якоря 15 выходят из контакта с конусным выступом 13 технологического цилиндрического патрубка 12, а затем находящийся на нижнем конце колонны труб 1 поршень 3 вместе с клиновым толкателем 4 поднимаются вверх, при этом резцедержатели 5 с рабочими резцами 6 перемещаются внутрь и занимают начальное положение (см. фиг.1). Якорь 14 опускается вниз относительно цилиндрического патрубка 12 в пределах проточки 20, при этом направляющий штифт 16 из верхней части 26 продольного длинного паза 22 перемещается вниз и через нижний фигурный паз 24 попадает в продольный короткий паз 21. Далее устройство извлекают из скважины, а при необходимости, приподняв устройство на заданную высоту, процесс перфорации повторяют.

Предлагаемое устройство надежно в работе, поскольку оно исключает преждевременное срабатывание устройства, кроме того, из конструкции устройства исключены возвратные пружины, а прокалывание перфорационных отверстий на большой глубине можно проводить без применения насосного агрегата, что позволяет сократить материальные и финансовые затраты.