Устройство для перфорации участка обсадной трубы в продуктивном пласте

Номер патента: 4283

Опубликовано: 26.02.2004

Авторы: Бакке Стиг, Бусет Пер

Есть еще 4 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Устройство для перфорации участка продольной стенки трубы (26) в продуктивной зоне нефтегазодобывающей скважины и разрыхления с пробиванием осадочных пород (80), находящихся за пределами упомянутой трубы, в котором используется скважинный снаряд (10), выполненный с возможностью опускания в скважину и подъема из нее и содержащий удлинённый корпус (10а), имеющий на большей части своей длины рукавообразную трубчатую форму, в котором при нахождении в нерабочем положении заключается по меньшей мере одно сверлильное средство (28), по меньшей мере одно гидромониторное средство (42) и, возможно, по меньшей мере одно фиксирующее средство (32), причем в корпусе (10а) скважинного снаряда выполнены радиальные поперечные отверстия для каждого из упомянутых средств (28, 42, 32), а сверлильные средства (28) связаны с приводным двигателем (30), обеспечивающим подачу необходимой в процессе сверления энергии вращения, а также приводимым, управляющим движением механизмом (56, 58, 60, 76, 78) для перемещения сверлильных средств (28) между нерабочим положением в режиме ожидания, когда они находятся в пределах оболочки корпуса (10а) скважинного снаряда, и рабочим положением в процессе сверления, при котором сверлильные средства способны просверливать примыкающую к ним стенку трубы (26) за счет приведения в действие двигателем (30), при этом гидромониторные средства (42) выполнены в виде эластично гибкого гидромониторного шланга с внешней двигательной головкой, например, типа форсунки (42а), в которую подаётся жидкость под давлением, а гидромониторный шланг (42) оснащен подающим устройством (96) и связанными с ним средствами контроля и направления перемещения (82, 102), предназначенными для продвижения гидромониторного шланга (42) и его перевода из нерабочего положения в режиме ожидания, когда упомянутый шланг находится в пределах внешней стенки корпуса (10а) скважинного снаряда, в рабочее состояние, при котором он перемещается в радиальном направлении за пределы корпуса (10а) скважинного снаряда, проходя сначала через отверстие (40) в стенке трубы (26), просверленное сверлильными средствами (28), а затем проникая в осадочные отложения (80), окружающие трубу (26), отличающееся тем, что сверлильные средства (28) содержат соосный вал (28а), расположенный напротив сверла, установленного на радиально наружном конце сверлильных средств, причем упомянутый вал связан с многозвенной рычажной системой (56, 58, 60), приводимой в действие поршневым механизмом (76, 78), совершающим возвратно-поступательное движение в осевом направлении, для обеспечения управляемого перемещения сверлильных средств (28) между рабочим и нерабочим положениями за счет осевого возвратно-поступательного движения поршня (76) в цилиндре (78), который сформирован в корпусе (10а) скважинного снаряда и имеет продольную ось, совпадающую с осью корпуса скважинного снаряда.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидромониторный шланг (42) снабжен барабаном (86) для сматывания и разматывания шланга и связанным с ним подающим устройством (96), совершающим осевое возвратно-поступательное движение, причем упомянутый барабан (86) имеет аксиальную ось вращения и двойную стенку (86а, 86b), две концентрические стенки которой определяют между собой кольцеобразное пространство для приёма нескольких витков гидромониторного шланга (42) при его нахождении в нерабочем положении, когда рабочая форсунка (42а) втянута радиально в пределы внешней поверхности оболочки корпуса (10а) скважинного снаряда.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в верхней части подающего устройства (96) гидромониторного шланга выполнен паз (102), частично имеющий спиралевидную форму, который направляет шланг и соединяется с направляющим пазом, проходящим, по существу, в осевом направлении, причем в подающем устройстве может быть установлена телескопическая труба (104), нижний конец которой переходит в криволинейный направляющий элемент или опорный элемент (82) для обеспечения скользящего продвижения гидромониторного шланга (42).

4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что под участком гидромониторного шланга, расположенным при рабочем положении шланга внутри корпуса (10а) скважинного снаряда и примыкающим к рабочей форсунке (42а) шланга, установлен подвижный и/или поворотный переключательный рычаг (84), выполненный с возможностью приведения в действие и взаимодействия с переключающими средствами в виде переключателя (108) в случае, если скорость подачи гидромониторного шланга превысила фактическую скорость проникновения шланга в осадочные породы (80), в результате чего двигатель (90) барабана и подающего устройства гидромониторного шланга переводится в реверсивный режим работы с целью восстановления параметров подачи шланга.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

1 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к способу и устройству, предназначенному для проделывания отверстий на участке обсадной колонны, проходящей через продуктивный пласт в нефтегазовом месторождении, с целью обеспечения притока углеводородов в скважину под действием более высокого давления в залежи. Устройство дат возможность производить разрыхление с предотвращением уплотнения тврдых гранулированных осадочных пород, то есть таких осадочных образований, как песчаники и известняки средней плотности и тврдости, при этом средства для гидромониторного размывания согласно настоящему изобретению способны перемещаться с образованием каналов в породах, начиная от предварительно просверленного отверстия в обсадной колонне, как будет пояснено в дальнейшем. Уровень техники При использовании обычного оборудования для перфорирования такого участка обсадной колонны скважины путм простреливания отверстий требуется сначала опустить при помощи лебдки взрывчатое вещество с поверхности до заданного положения в скважине, а затем произвести взрыв при помощи дистанционного управляющего устройства. При этом достигается вполне удовлетворительная перфорация данной части обсадной колонны. Однако этот известный способ перфорации является неполноценным и невыгодным в других отношениях. Серьзный недостаток этого способа перфорации с применением взрывчатых веществ заключается в том, что в результате его осуществления происходит уплотнение и спрессовывание гранул осадочных пород. Это прямо противоположно ожидаемому эффекту, а именно разрыхлению гранулированных осадочных масс вокруг перфорированного участка обсадной колонны в продуктивном нефтегазовом пласте месторождения. Сущность изобретения Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание соответствующего рационального способа перфорации для предотвращения упомянутого уплотнения и спрессовывания нетврдых гранулированных структур в процессе перфорирования участка обсадной колонны, при этом структура горной породы разрыхляется на смежных участках внутри предполагаемого продуктивного нефтегазового пласта в месторождении, так что он становится более рыхлым с точки зрения увеличения притока углеводородов к перфорированному участку обсадной колонны. Перфорация участка обсадной колонны, а также гидромониторное размывание и формирование каналов в окружающих осадочных отложениях позволяет получить дополнительные преимущества и полезные побочные эффекты в 2 других отношениях. Например, можно перфорировать обсадную колонну на некотором расстоянии от существующей перфорации и таким образом проникнуть в продуктивный нефтегазоносный пласт, отдача которого не была рентабельной при использовании известной технологии. В соответствии с настоящим изобретением для применения этого способа скважинное устройство должно быть оснащено перфорирующим и гидромониторным оборудованием, содержащим средства для размывания, разрыхления и формирования каналов в породах. Эти средства должны иметь возможность прохода в сравнительно тврдых осадочных отложениях для формирования поперечно-радиальных каналов и в то же время ослаблять прочность осадочных пород вокруг каналов. Требуется также обеспечение подачи жидкости под давлением в распылительные форсунки, при этом струи жидкости направляются частично вперд и частично в обратном направлении относительно направления проникновения гидромониторных средств в геологическую формацию. Описанная задача решается при помощи способа и устройства согласно настоящему изобретению, особенности которых охарактеризованы признаками, содержащимися в отличительных частях пунктов формулы изобретения. В соответствии с изобретением в скважину, например морскую, опускается скважинный снаряд, содержащий гидромониторный шланг,намотанный на барабан, а также сверлильные средства и прижимные средства, предназначенные для закрепления сверлильных средств на фиксированном уровне внутри скважины в процессе их работы. Упомянутые сверлильные средства и гидромониторный шланг могут изменять свое положение при изменении положения скважинного снаряда, например, повороте снаряда вокруг оси обсадной колонны, а также его поднятии или опускании. Сверлильные средства предназначены для предварительного просверливания поперечных отверстий в стенке трубы, и в эти просверленные отверстия затем вставляют гидромониторные средства после соответствующего изменения уровня скважинного снаряда. Гидромониторные средства имеют форму гибкого трубчатого элемента, который формирует канал и разрыхляет породу, выполненного предпочтительно в виде гибкого или полужесткого гидромониторного шланга с внешней, свободной оконечной насадкой. Шланг приспособлен для продвижения между гранулами в осадочных отложениях путм размывания и проходки грунта с разрыхлением осадочной структуры и созданием таким образом наиболее благоприятных условий перед началом добычи. Сверлильные и гидромониторные средства могут изменять свое положение как по высоте, 3 так и по периферии скважины за счет изменения положения скважинного снаряда. Практически для выполнения работы в осадочной формации достаточно лишь одно сверлильное средство для перфорации и одно гидромониторное средство для разрыхления, в то же время использование таких одиночных средств создат большие преимущества по сравнению с вариантами реализации, в которых предусмотрены группы средств каждого вида. Перфорационное средство для сверления отверстий в стенке обсадной колонны в виде сверлильного устройства предназначено для перфорирования заданного участка обсадной колонны скважины. Процесс сверления осуществляется таким образом, что одно сверлильное средство просверливает единственное отверстие за один цикл. Очевидно, что эти отверстия будут располагаться ступенчато относительно друг друга по высоте и окружности скважины в соответствии с требуемой, контролируемой и заранее заданной конфигурацией, в отличие от совершенно неконтролируемого распределения отверстий, образующихся после традиционного взрывного воздействия. Использование одиночного гидромониторного устройства для разрыхления осадочных отложений в виде гидромониторного шланга,снабжнного форсункой, имеет преимущество по сравнению с использованием нескольких таких гидромониторных шлангов, поскольку в случае одиночного устройства в скважинном снаряде остается больше свободного места. В результате облегчается расположение необходимого оборудования для складирования шланга (барабан) и подающих средств, которые выдвигают и втягивают обратно шланг относительно внутренней полости удлиненного трубчатого скважинного снаряда. При таком направленном наружу и внутрь движении относительно корпуса скважинного снаряда гидромониторный шланг проходит через одно из сквозных поперечных отверстий,которые были проделаны в обсадной колонне скважины перфорирующими средствами (сверлильным устройством) в процессе предшествующей операции. Однако настоящее изобретение включает варианты скважинного оборудования, содержащего более одного перфорирующего или сверлильного устройства и/или более одного средства, разрыхляющего осадочные породы, а также рациональный способ использования такого оборудования. Согласно изобретению существенно удлиненный, прямолинейный, рукавообразный трубчатый корпус скважинного снаряда для размещения сверлильных и гидромониторных средств может, в принципе, содержать ряд секций в виде блоков, каждый из которых выполняет часть функций всего устройства, причм эти секции(блоки) последовательно расположены друг под 4 другом по всей длине скважинного снаряда. Считая от верхнего до нижнего конца скважинного снаряда, когда он находится погруженным в вертикальную скважину, существенно удлиненный, рукавообразный трубчатый корпус согласно настоящему изобретению может включать: а) так называемый "управляющий блок",содержащий электронные компоненты, насос и гидрораспределители для контроля и управления работой гидравлических узлов в средствах и устройствах, расположенных ниже упомянутого управляющего блока; б) прижимное устройство известного вида,предназначенное для закрепления скважинного снаряда на фиксированном уровне по высоте и в фиксированном положении относительно периферии скважины; в) устройство для поворота скважинного снаряда с целью изменения рабочего положения сверлильных или гидромониторных средств; г) растягивающийся и укорачивающийся цилиндр, предназначенный для гашения возникающего крутящего момента; д) барабан для намотки гидромониторного шланга с механизмом подачи гидромониторного шланга, предназначенного для формирования каналов и разрыхления осадочных пород; е) сверлильное устройство для перфорирования участка обсадной колонны в скважине,более предпочтительным является вариант с последовательным сверлением отверстий по заранее заданной изменяемой схеме их расположения, и средства крепления сверлильного устройства; и ж) двигатель для привода сверлильного устройства. Упомянутое прижимное устройство (б),обеспечивающее закрепление скважинного снаряда в фиксированном положении, может содержать один или несколько известных типов соответствующего оборудования для крепления,например, растягиваемого и сжимаемого в радиальном направлении стопорного кольца с внешними средствами для создания и увеличения трения, выполненными в виде радиальных клинообразных выступов, рбер жсткости, заострнных концов, зацепляющих зубьев, фрикционных покрытий и т.п. Это оборудование в рабочем положении оказывает давление на внутреннюю поверхность обсадной колонны. Обычный рабочий цикл такого скважинного устройства заключается в том, что сначала к упомянутым клинообразным стопорным средствам прикладывается усилие в радиальном направлении для приведения их во внешнее расширенное положение, при этом скважинный снаряд будет закреплен в рабочем положении на фиксированном уровне. Поддерживающие средства, которые могут быть расположены в нижней части скважинного снаряда и могут совершать поперечное возврат 5 но-поступательное движение относительно продольной оси корпуса скважинного снаряда, приводятся в действие при помощи гидравлики,создавая таким образом радиально направленное усилие, прилагаемое к внутренней поверхности обсадной колонны скважины. Затем при помощи двигателя приводится в действие сверлильное устройство, после чего просверливается требуемое число отверстий в обсадной колонне скважины на заданном уровне, при этом сверлильное устройство поворачивается на заданный угол после выполнения каждой операции сверления. Вращение сверлильного устройства осуществляется при помощи упомянутого поворотного устройства (в), которое предназначено для ступенчатого поворота сверлильного устройства вокруг его оси в диапазоне 360. Обычно предпочтительным вариантом является сверление отверстия с последующим немедленным проведением одноразовой операции гидромониторного размывания и формирования канала через одно отверстие, при этом полная последовательность операций, включающих сверление и размывание, может быть выполнена заданное число раз. При помощи упомянутого цилиндра (г) сверлильное устройство перемещается вниз на другой уровень таким образом, чтобы гидромониторное устройство с рабочей форсункой в головной части оказалось в правильном положении по высоте и было совмещено с ранее просверленным отверстием в стенке обсадной колонны. Из выпускных отверстий, расположенных в форсунке, струи жидкости выходят как в направлении движения работающей головной части, так и в противоположном направлении. Струи, выходящие назад из выпускных отверстий, в результате "струйного эффекта" способствуют проталкиванию гидромониторного шланга с форсункой в осадочные отложения. Сам гидромониторный шланг податся вперд при помощи, например, электродвигателя, а подача регулируется управляющими приборами с переключающими средствами. При превышении скорости подачи гидромониторного шланга действительной скорости его проникновения в осадочные отложения приводятся в действие упомянутые переключающие средства, в результате чего посредством электронных компонентов управляющего блока (а) приводной двигатель начинает вращаться в обратном направлении, осуществляя тем самым незначительное, но важное втягивание гидромониторного шланга. Форсунка в головной части гидромониторного шланга затем снова проталкивает гидромониторный шланг вперд в требуемом радиальнопоперечном направлении относительно продольной оси скважинного снаряда, при этом переключающие средства возвращаются в нера 004283 6 бочее состояние, после чего барабан для намотки шланга может снова возобновить подачу шланга. Гидромониторный шланг проходит через опорный направляющий элемент, имеющий гладкое покрытие и закреплнный на рычажном переключателе. Гидромониторный шланг наматывается на барабан рукавообразной формы,имеющий стационарные точки крепления, относительно которых он может вращаться на осевых подшипниках. Вращение осуществляется двигателем через зубчатую передачу, связанную с ободом зубчатого колеса на барабане. Барабан имеет две стенки, внутренняя стенка снабжена нарезной частью с шагом, соответствующим шагу, принятому при намотке гидромониторного шланга на барабан, с целью синхронизации разматывания шланга, когда подающая втулка направляется вдоль оси скользящими планками и пазами, так называемыми сплайнами. Скользящие планки прикреплены к внутренней трубке, которая в свою очередь крепится к корпусу скважинного снаряда, при этом в подающей втулке сформированы канавки скольжения. К этой внутренней трубке прикреплена телескопическая трубка, которая скользит внутри трубчатой части подающей втулки. Краткий перечень фигур чертежей Настоящее изобретение детально описывается в дальнейшем посредством примеров предпочтительных вариантов реализации, которые не ограничивают объем притязаний и представлены на прилагаемых фигурах чертежей, где на фиг. 1 показан вид сбоку скважинного снаряда или, более конкретно, значительно удлиннного рукавообразного трубчатого корпуса этого снаряда, который изображн таким образом, что первая верхняя продольная часть показана слева от оси, обозначающей продолжение нижней части того же самого корпуса скважинного снаряда; на фиг. 2 показан вид сбоку скважинного снаряда в уменьшенном по сравнению с фиг. 1 масштабе, причем снаряд расположен в рабочем положении коаксиально внутри установленной и сцементированной обсадной колонны и представлен в продольном вертикальном сечении,содержащем обведенные узлы, которые изображены в вертикальном сечении на фиг. 3-5; на фиг. 3 показан первый узел, обведнным в области III на фиг. 2, на котором прижимное устройство для фиксирования положения скважинного снаряда показано в увеличенном масштабе по сравнению с масштабом фиг. 2; на фиг. 4 показан второй узел, обведенный в области IV фиг. 2, и проиллюстрировано на виде сбоку в вертикальном сечении сверлильное устройство для перфорирования обсадной колонны скважины путм сверления отдельных отверстий; 7 на фиг. 5 показан третий узел, обведенный в области V фиг. 2, и проиллюстрирован в вертикальном осевом сечении фиксирующий механизм, включнный в скважинный снаряд и размещнный в его нижнем конце с возможностью совершения возвратно-поступательного движения в поперечном направлении (радиального движения) для примыкания к противоположной внутренней поверхности стенки обсадной колонны, когда сверлильное устройство просверливает отверстие в стенке трубы; фиг. 6 соответствует фиг. 2, иллюстрируя гидромониторные средства в начале работы и гидромониторный шланг, выдвинутый в радиальном направлении через предварительно просверленное отверстие в стенке обсадной колонне; фиг. 7 соответствует фиг. 3 - 5 в отношении варианта реализации и масштаба, иллюстрируя обведенный узел в области VII на фиг. 6,где изображена внешняя часть гидромониторного шланга, направленные вперд и назад струи жидкости из выпускных отверстий форсунки на гидромониторном шланге, которые показывают функционирование гидромониторного шланга; на фиг. 8 представлена удлиненная часть скважинного снаряда, т.е. область, где находятся гидромониторный шланг, барабан для его намотки, подающие и управляющие устройства; на фиг. 9 представлен в увеличенном масштабе узел, соответствующий обведенной области IX на фиг. 8; на фиг. 10 представлено вертикальное сечение, соответствующее фиг. 8, в котором внешняя часть гидромониторного шланга с форсункой находится в одной из двух диаметрально противоположных отверстий в геологической формации; на фиг. 11 в крупном масштабе представлен частичный вид, соответствующий обведенной области XI на фиг. 10, на котором видно расположение переключающих средств, предназначенных для компенсации разницы в скорости подачи гидромониторного шланга и действительной скорости проникновения его форсунки в осадочные отложения; фиг. 12 соответствует фиг. 10, показывая подающий механизм гидромониторного шланга,образованный скользящими пазами, взаимодействующими со скользящими пластинами,сплайнами внутренней трубки; на фиг. 13 в увеличенном виде представлен поперечный разрез по линии XIII - XIII на фиг. 12; на фиг. 14 в увеличенном виде представлен поперечный разрез по линии XIV-XIV на фиг. 12; на фиг. 15 в более крупном масштабе представлен частичный вид продольной части по фиг. 8 в продольном сечении; на фиг. 16 представлен увеличенный вид сбоку фрагмента скважинного снаряда, частич 004283 8 но в продольном сечении, где показана продольная часть снаряда, идущая от нижнего конца, фиксирующий механизм в активизированном состоянии, свободный конец которого оказывает воздействие на внутреннюю поверхность обсадной колонны, сверлильные средства, расположенные радиально во втянутом положении,управляющее устройство этих средств в соответствующем положении, содержащее многозвенный рычажный механизм, который приводится в действие смещаемым по оси поршнем; фиг. 17 соответствует фиг. 16, показывая сверлильные средства в рабочем положении,когда они просверлили стенку обсадной колонны и находятся за пределами обсадной колонны. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения На фиг. 1 позиция 10 обозначает скважинный снаряд в целом и его удлиннный прямой рукавообразный трубчатый внешний корпус. Различные блоки скважинного снаряда 10 по фиг. 1, кроме прижимного устройства 14 а,которое состоит из различных выдвижных и расширяющихся в радиальном направлении клиньев, размещнных на одинаковом уровне для фиксации положения скважинного снаряда,скрыты корпусом скважинного снаряда 10, а положение этих блоков на фиксированном уровне в скважинном снаряде обозначено позициями 12, 14, 16, 18, 20, 22 и 24. Таким образом, позицией 12 обозначено местоположение управляющего блока, содержащего электронные компоненты, насос и гидрораспределители для контроля и управления работой гидравлических узлов в расположенных ниже устройствах. Позиция 14 обозначает местоположение уже упомянутого прижимного устройства 14 а, которое является устройством известного типа и предназначено для фиксации и закрепления скважинного снаряда с целью исключения возможности его поворота или осевого смещения внутри скважины. Позиция 16 обозначает местоположение устройства, называемого поворотный механизм, предназначенного для выполнения поворота во время осевого перемещения. Позиция 18 обозначает местоположение эластичного цилиндра, предназначенного для гашения возникающего крутящего момента. Позиция 20 обозначает местоположение барабана для намотки гидромониторного шланга с устройством для его подачи. Позиция 22 обозначает местоположение сверлильного устройства с фиксирующим механизмом. Позиция 24 обозначает местоположение двигателя для привода сверлильного устройства. В варианте реализации скважинного снаряда, описываемом ниже и показанном на чертежах, для сверления поперечных отверстий в стенке трубы обсадной колонны и для гидромониторного размывания и формирования каналов в окружающих осадочных породах, начиная от упомянутого отверстия в стенке обсадной ко 9 лонны с целью вытягивания и последующего возврата в первоначальное положение гидромониторного шланга, используется только одно сверлильное устройство и только один гидромониторный шланг. Как показано на фиг. 2, существенно удлиннный скважинный снаряд 10 расположен внутри вертикально проходящей обсадной колонны 26 и соосно с ней. На фиг. 3 в крупном масштабе показано прижимное устройство 14 а, которое фиксирует положение скважинного снаряда, исключая возможность его поворота или осевого смещения. Такое расширяющееся и стягиваемое в радиальном направлении прижимное устройство 14 а известно само по себе и состоит из клинообразных сегментов, расположенных отдельно друг от друга на одинаковых угловых расстояниях вокруг корпуса 10 а скважинного снаряда. Устройство имеет радиально выступающие,увеличивающие трение зубья, острые концы или аналогичные выступы, как это видно на фиг. 3. Сегменты прижимного устройства 14 а могут быть выдвинуты наружу за счет гидравлического давления. Поскольку конструктивная конфигурация и принцип действия таких механизмов хорошо известны компетентным в этой области специалистам, то их конструкция и функционирование более детально рассматриваться не будет. На фиг. 4 сверлильное устройство 28 показано в положении, при котором оно только что просверлило отверстие в стенке обсадной колонны 26. Более подробно сверлильное устройство 28, а также устройства для его перемещения и управления, будут рассмотрены позднее, а здесь следует только отметить со ссылкой на фиг. 4, что под номером 30 обозначен двигатель для поворота сверлильного устройства 28 вокруг продольной оси. На фиг. 5 показан смещаемый в радиальном направлении фиксирующий механизм 32 для закрепления скважинного снаряда 10, и в особенности, сверлильного устройства 28, который размещн в поперечном цилиндре 34, образованном в нижней концевой части корпуса 10 а скважинного снаряда и имеющем узкие каналы 36, 38 для подачи в него гидравлической жидкости, за счет которой фиксирующий механизм 32 воздействует на поверхность 26 а стенки трубы в процессе работы сверлильного устройства 28,обеспечивая тем самым устойчивость и стабильность нижней концевой части корпуса скважинного снаряда во время работы сверлильного устройства 28. На фиг. 16 и 17 фиксирующий механизм 32 показан в своей рабочей позиции, занимаемой, когда сверлильные средства 28 находятся в отведенном положении и возвращены во внутреннюю полость корпуса 10 а скважинного снаряда (фиг. 16), и когда сверлильные средства 28 находятся в выдвинутом положении со сверлом, расположенным за 10 пределами наружной поверхности корпуса 10 а скважинного снаряда (фиг. 17) и проходящим через поперечное отверстие 40, просверленное в стенке обсадной колонны 26. Более детально фиг. 16 и 17 будут рассмотрены ниже при описании управления и контроля перемещения сверлильного устройства 28 между рабочим положением, когда устройство выдвинуто в радиальном направлении,и нерабочим положением, когда оно отведено назад. В показанном варианте реализации фиксирующий механизм 32 по существу имеет форму поршня, который вместе со штоком поршня размещн в пространстве цилиндра 34 в нижней концевой части корпуса скважинного снаряда 10. Фиксирующий механизм 32 приводится в действие гидравлическими средствами, и из фиг. 5 понятен принцип его работы, конструктивное исполнение и расположение относительно сверлильного устройства 28, обеспечивающие фиксацию и закрепление скважинного снаряда 10 на участке, соответствующем рабочей площади сверлильного устройства 28. На фиг. 6, которая по существу соответствует фиг. 2, схематично показаны проходящие в радиальном направлении гидромониторные средства в виде эластично гибкого гидромониторного шланга 42, который имеет на свом свободном конце рабочую насадку или форсунку 42 а (фиг. 7) с выпускными отверстиями,струи из которых направлены вперд, то есть в сторону от скважинного снаряда 10 и стенки обсадной колонны, а также в противоположном направлении. Направленные вперд струи из выпускных отверстий обозначены буквой А, а направленные назад - буквой В. Струи А из первого ряда выпускных отверстий в форсунке 42 а являются преимущественно размывающими струями, тогда как струи В из второго ряда выпускных отверстий форсунки являются движущими струями гидромониторного шланга 42, которые используют реактивные поверхности, возникающие на участке канала 44, промытого и проложенного в осадочных породах. Упомянутые реактивные поверхности,создаваемые направленными назад струями жидкости или воды из выпускных отверстий форсунки 42 а, определяют границы этого радиально-поперечного канала 44, который промывается и проходится гидромониторным шлангом 42 в осадочных породах, окружающих обсадную колонну 26 (фиг. 7). Когда скважинный снаряд 10 (фиг. 2) зафиксирован прижимным устройствам 14 а, в таком положении исключается возможность его поворота или осевого смещения внутри обсадной колонны 26. При этом фиксирующий механизм 32 выдвинут, создавая оптимальные рабочие условия для сверлильного устройства 28,смотри фиг. 2, 4, 16 и 17, а сверлильное устрой 11 ство 28 находится в своем защищнном нерабочем положении в режиме ожидания, при котором оно втянуто в корпус 10 а скважинного снаряда (фиг. 16). Через коническую зубчатую передачу 30 а двигатель сверлильного устройства 28, выполненный в виде электродвигателя 30, приводит вертикальный обод зубчатого колеса 30b, который передат вращательное движение через шпоночные канавки 30 с сверлу 28, в общем эти элементы обозначены цифрой 46. Задачей электродвигателя 30 и передаточного механизма, образованного элементами 30 а,b, с, 46, является вращение сверлильного устройства 28 в процессе сверления отверстия 40 в стенке обсадной колонны 26. Таким образом, двигатель 30 приводится в действие только тогда, когда сверлильное устройство 28 готово к выполнению операции сверления. На фиг. 16 двигатель показан в нерабочем положении в режиме ожидания, и остановленным, когда сверлильное устройство 28(фиг. 2 и 16) закончило операцию сверления. Предпочтительно, чтобы в этот момент начали функционировать гидромониторные средства с целью размыва и формирования каналов (фиг. 7- 15), а также чтобы эти средства втягивались обратно после начала работы сверлильного устройства 28 и его перемещающих и управляющих механизмов, описанных в связи с фиг. 4, 16 и 17. Сверлильное устройство 28 со сверлом на наружном свободном конце имеет вал 28 а, который удерживается в подшипниках 48, 50 и может скользяще смещаться в осевом направлении внутри зафиксированной поддерживающей втулки 52, закрепленной на ободе зубчатого колеса 30b. Конец вала 28 а сверлильного устройства 28, противоположный сверлу, связан в точке 54 с одним из внешних концов двухплечевого рычага 56, включнного в многозвенную рычажную систему 56, 58, 60, образующую передаточный механизм для обеспечения радиального перемещения сверлильного устройства 28 между рабочим положением, когда устройство выходит наружу в процессе сверления отверстия, и нерабочим положением в режиме ожидания,при котором устройство втягивается внутрь корпуса 10 а скважинного снаряда. Кроме двухплечевого рычага 56, шарнирно закреплнного на оси, поперечной продольным осям скважинного снаряда 10 и его корпуса 10 а,упомянутая многозвенная рычажная система 56,58, 60 включает верхнее прямое рычажное звено 60 и промежуточное угловое рычажное звено 58. Закрепленный двухплечевой рычаг 56 поворачивается на стационарно установленном шарнире 62, тогда как угловое рычажное звено 58, стороны которого отходят под острым углом, поворачивается на поперечном шарнире 12 64, который установлен с возможностью ограниченного перемещения внутри канавки или паза 66, выполненного в корпусе 10 а скважинного снаряда и проходящего в направлении продольной оси скважинного снаряда 10. Соединительные шарниры промежуточного углового рычажного звена 58, на которых поворачиваются крайние рычажные звенья 56 и 60 многозвенной рычажной системы, обозначены позициями 68 и 70. На свом верхнем конце верхнее прямое рычажное звено 60 соединено в точке 72 с нижним крепежным элементом 74 поршня 76, который имеет ограниченную возможность перемещения в осевом направлении и расположен в цилиндрическом пространстве 78 внутри корпуса 10 а скважинного снаряда. Этот поршень имеет первую, обращнную вниз стопорную поверхность 76 а, которая взаимодействует при одном из конечных положений многозвенной рычажной системы 56, 58, 60 с первой внутренней поперечной стопорной поверхностью 10b корпуса 10 а скважинного снаряда. Поршень 76 также имеет вторую, обращнную вверх стопорную поверхность 76b, которая взаимодействует при другом конечном положении многозвенной рычажной системы 56, 58, 60 со второй внутренней поперечной стопорной поверхностью 10 с корпуса 10 а скважинного снаряда. К каждой стороне верхней части поршня 76 подводятся гидравлические каналы 76 а и 76b. На основе приведенных выше объяснений и фиг. 16 и 17 должно быть ясно, каким образом сверлильное устройство 28 перемещается при помощи поршня 76, на который воздействует гидравлическая жидкость, находящаяся под давлением в цилиндрическом пространстве 78, а также при помощи многозвенной рычажной системы 56, 58, 60. Скользящее перемещение сверлильного устройства осуществляется в пределах поперечной направляющей втулки 52 между его отведнным нерабочим конечным положением, при котором сверлильное устройство защищено и втянуто во внутреннюю полость корпуса 10 а скважинного снаряда (фиг. 16), и конечным положением сверлильного устройства 28 (фиг. 17), когда оно завершило работу, просверлив поперечное отверстие 40 (фиг. 7) в стенке обсадной колонны 26. Через это поперечное отверстие 40, являющееся одним из нескольких просверливаемых отверстий, в дальнейшем происходит приток углеводородов в скважину. Кроме того, поперечное отверстие 40 также используется как проходное отверстие для средств, осуществляющих размыв и прокладывание каналов, выполненных в виде уже упомянутого гидромониторного шланга 42 с форсункой 42 а (фиг. 7), который подготавливает осадочную формацию перед фазой добычи. Экспериментально установлено, что формирование 13 радиальных каналов 44 путм размывания и проходки позволяет открыть и разрыхлить осадочные отложения, которые предположительно имеют среднюю плотность и тврдость. При этом для решения задачи размывания и продвижения вперд с формированием каналов требуемой длины в осадочных образованиях могут быть использованы гидромониторные средства,которые приводятся в действие находящейся под давлением жидкостью или водой и содержат форсунку 42 а с выпускными отверстиями для направленных вперд и назад струй жидкости А и В. Эта размывающая, прокладывающая и формирующая каналы установка частично представлена на рис. 7 - 15 и содержит в качестве главного компонента эластично гибкий, упругий шланг 42 с упомянутой форсункой 42 а на его внешнем, свободном конце, который выполнен с возможностью выдвижения через одно из поперечных отверстий 40, просверленных сверлильным устройством 28 в стенке обсадной колонны 26, чтобы затем в процессе радиальной подачи из корпуса 10 а скважинного снаряда размывать и прокладывать каналы 44 в окружающих осадочных отложениях 80 (фиг. 7), для решения рассмотренных ранее задач. Представляется целесообразным один рабочий цикл, состоящий из просверливания одного поперечного отверстия 40 в стенке обсадной колонны 26 и формирования внешнего канала 44 в осадочных отложениях, который должен быть совмещен с поперечным отверстием 40, выполнять за две последовательные операции. Когда поперечное отверстие 40 просверлено в стенке обсадной колонны 26, то такой рабочий цикл осуществляется посредством опускания скважинного снаряда 10 при помощи ранее рассмотренного спуско-подъмного оборудования, таким образом, чтобы внешний конец в виде форсунки 42 а гидромониторного шланга 42 был расположен прямо напротив этого поперечного отверстия 40. Затем, при помощи подающего механизма и направленных назад струй жидкости В, выходящих из форсунки 42 а, гидромониторный шланг 42 может размывать свой путь снаружи в осадочных отложениях 80, перемещаясь при этом приблизительно в радиальном направлении относительно продольной оси скважинного снаряда 10. В своей нижней части гидромониторный шланг 42 имеет опорный направляющий элемент 82, проходящий вниз с отклонением в сторону в виде выпуклой кривой. Этот элемент снабжн полированным покрытием на опорноскользящей поверхности, обращенной к гидромониторному шлангу 42. Опорный направляющий элемент 82 прикреплн к рычажному переключателю 84. 14 В своей верхней части гидромониторный шланг 42 намотан на внутренний каркас барабана 86 рукавообразной формы с двойными стенками, который вращается вокруг вертикальной оси. Барабан 86 поддерживается осевыми подшипниками 88 и приводится двигателем 90 через зубчатую передачу 92 на выступающей оси двигателя и зацепленный обод зубчатого колеса,который установлен на барабане 86. Как уже отмечалось, боковая стенка барабана 86 является двойной и состоит из внешней боковой стенки 86 а и внутренней боковой стенки 86b. Внутренняя боковая стенка 86b снабжена нарезной частью 94 с шагом, соответствующим шагу намотки гидромониторного шланга 42 на барабан 86 с целью синхронизации процесса разматывания шланга 42. Подающая втулка 96 перемещается в осевом направлении по скользящим планками и пазам 98 (фиг. 10) на внутренней трубке 100,которая крепится к корпусу 10 а скважинного снаряда. На подающей втулке 96 выполнены скользящие канавки 102 для подачи вперд шланга 42. Внутренняя трубка 100 присоединена к телескопической трубе 104 (фиг. 14 и 15),перемещаемой со скольжением внутри трубчатой части 96 а подающей втулки 96. Выпускные отверстия в форсунке 42 а способствуют проталкиванию гидромониторного шланга 42, 42 а в осадочную формацию 80. Подача шланга вперд инициируется вращением двигателя 90 шлангового барабана 86, при этом движение передается через зубчатую передачу 92 и обод зубчатого колеса. Переключательный рычаг 84 способен поворачиваться вокруг поперечной оси 106 (фиг. 8) и нагружает сверху переключающие средства 108. При слишком большой скорости подачи относительно реальной скорости проникновения гидромониторного шланга 42, 42 а в осадочную формацию 80, шланг 42 будет отжимать вниз переключательный рычаг 84, при этом активизируются переключающие средства 108. В результате начнут функционировать электронные компоненты, принцип действия которых хорошо известен, вызывая кратковременное вращение двигателя 90 и, соответственно, шлангового барабана 86 в обратном направлении,при этом рабочая часть гидромониторного шланга слегка втягивается назад. Размывочный цикл затем продолжается аналогичным образом,пока не будет достигнута требуемая длина канала. Двигатель 90 барабана меняет направление вращения, когда гидромониторный шланг 42 должен быть смотан в корпусе скважинного снаряда 10 а на барабан 86. Эта операция начинается, когда канал 44 в осадочной формации достиг своей заданной длины; когда доступная длина шланга уже использована, или когда гидромониторное устройство должно переместиться к новому отверстию 40, от которого следует 15 проложить канал 44 в осадочных отложениях. Необходимость перемещения гидромониторного устройства возникает после смещения скважинного снаряда и, соответственно, форсунки 42 а по высоте или поворота по периферии скважины. Подающая втулка 96 гидромониторного шланга 42 имеет два конечных положения, одно, показанное на фиг. 8, соответствует нерабочей позиции максимально втянутого и частично намотанного гидромониторного шланга 42, находящегося в режиме ожидания, при котором рабочая форсунка 42 а расположена непосредственно в пределах боковой поверхности оболочки скважинного снаряда, а конечное положение по фиг. 10 соответствует рабочему положению полностью вытянутого гидромониторного шланга 42. В конечном положении по фиг. 8, соответствующем нерабочему положению в режиме ожидания, подающая втулка 96 останавливается и его дальнейшее перемещение вниз предотвращается стопорным диском 110 с верхней торцевой поверхностью 110 а, в которую нижняя торцевая поверхность 96 а подающей втулки 96 упирается в свом конечном положении, показанном на фиг. 8. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для перфорации участка продольной стенки трубы (26) в продуктивной зоне нефтегазодобывающей скважины и разрыхления с пробиванием осадочных пород (80),находящихся за пределами упомянутой трубы, в котором используется скважинный снаряд (10),выполненный с возможностью опускания в скважину и подъема из нее и содержащий удлиннный корпус (10 а), имеющий на большей части своей длины рукавообразную трубчатую форму, в котором при нахождении в нерабочем положении заключается по меньшей мере одно сверлильное средство (28), по меньшей мере одно гидромониторное средство (42) и, возможно, по меньшей мере одно фиксирующее средство (32), причем в корпусе (10 а) скважинного снаряда выполнены радиальные поперечные отверстия для каждого из упомянутых средств(28, 42, 32), а сверлильные средства (28) связаны с приводным двигателем (30), обеспечивающим подачу необходимой в процессе сверления энергии вращения, а также приводимым, управляющим движением механизмом (56, 58, 60, 76,78) для перемещения сверлильных средств (28) между нерабочим положением в режиме ожидания, когда они находятся в пределах оболочки корпуса (10 а) скважинного снаряда, и рабочим положением в процессе сверления, при котором сверлильные средства способны просверливать примыкающую к ним стенку трубы (26) за счет приведения в действие двигателем (30), при этом гидромониторные средства (42) выполне 004283 16 ны в виде эластично гибкого гидромониторного шланга с внешней двигательной головкой, например, типа форсунки (42 а), в которую податся жидкость под давлением, а гидромониторный шланг (42) оснащен подающим устройством(96) и связанными с ним средствами контроля и направления перемещения (82, 102), предназначенными для продвижения гидромониторного шланга (42) и его перевода из нерабочего положения в режиме ожидания, когда упомянутый шланг находится в пределах внешней стенки корпуса (10 а) скважинного снаряда, в рабочее состояние, при котором он перемещается в радиальном направлении за пределы корпуса (10 а) скважинного снаряда, проходя сначала через отверстие (40) в стенке трубы (26), просверленное сверлильными средствами (28), а затем проникая в осадочные отложения (80), окружающие трубу (26), отличающееся тем, что сверлильные средства (28) содержат соосный вал (28 а), расположенный напротив сверла, установленного на радиально наружном конце сверлильных средств, причем упомянутый вал связан с многозвенной рычажной системой (56, 58, 60), приводимой в действие поршневым механизмом(76,78),совершающим возвратнопоступательное движение в осевом направлении, для обеспечения управляемого перемещения сверлильных средств (28) между рабочим и нерабочим положениями за счет осевого возвратно-поступательного движения поршня (76) в цилиндре (78), который сформирован в корпусе (10 а) скважинного снаряда и имеет продольную ось, совпадающую с осью корпуса скважинного снаряда. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем,что гидромониторный шланг (42) снабжен барабаном (86) для сматывания и разматывания шланга и связанным с ним подающим устройством (96), совершающим осевое возвратнопоступательное движение, причем упомянутый барабан (86) имеет аксиальную ось вращения и двойную стенку (86 а, 86b), две концентрические стенки которой определяют между собой кольцеобразное пространство для прима нескольких витков гидромониторного шланга (42) при его нахождении в нерабочем положении, когда рабочая форсунка (42 а) втянута радиально в пределы внешней поверхности оболочки корпуса (10 а) скважинного снаряда. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в верхней части подающего устройства(96) гидромониторного шланга выполнен паз(102), частично имеющий спиралевидную форму, который направляет шланг и соединяется с направляющим пазом, проходящим, по существу, в осевом направлении, причем в подающем устройстве может быть установлена телескопическая труба (104), нижний конец которой переходит в криволинейный направляющий элемент или опорный элемент (82) для обеспечения 17 скользящего продвижения гидромониторного шланга (42). 4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что под участком гидромониторного шланга, расположенным при рабочем положении шланга внутри корпуса (10 а) скважинного снаряда и примыкающим к рабочей форсунке (42 а) шланга, установлен подвижный и/или поворотный переключательный рычаг 18 в действие и взаимодействия с переключающими средствами в виде переключателя (108) в случае, если скорость подачи гидромониторного шланга превысила фактическую скорость проникновения шланга в осадочные породы (80), в результате чего двигатель (90) барабана и подающего устройства гидромониторного шланга переводится в реверсивный режим работы с целью восстановления параметров подачи шланга.

МПК / Метки

МПК: E21B 43/112

Метки: перфорации, пласте, продуктивном, трубы, обсадной, устройство, участка

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/12-4283-ustrojjstvo-dlya-perforacii-uchastka-obsadnojj-truby-v-produktivnom-plaste.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство для перфорации участка обсадной трубы в продуктивном пласте</a>

Похожие патенты