RU2205941C2

RU2205941C2 - Hydromechanical slotting perforator

Info

Publication number: RU2205941C2
Application number: RU2001122215A
Authority: RU
Original assignee: Саркисов Николай Михайлович; Шишов Сергей Васильевич
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2003-06-10

Abstract

FIELD: oil producing industry; applicable in perforation of producing formations. SUBSTANCE: hydromechanical slotting perforator consists of body, two spring-loaded pistons with seals and cutting unit. One of pistons is integral in one unit with cantilever which has washing channel. Pistons are separated by gland with seals and interconnected by hollow rod. Hollow rod lower part has hole for fluid circulation through jet nozzle located on cantilever. Cutting unit includes extensible rolling roller connected with cantilever by means of crank carrying roller axle. Device has sliding support made as a part of cylinder. Its axis is parallel to axis of perforator and its diameter is equal to inner diameter of casing. Support is integrated in one unit with deflecting wedge located in its lower part. Wedge consists of two planes with hard-alloy inserts inclined to perforator axis, inserts come in contact with cranks having circular seals and located on both sides of rolling roller. Recess for motion of rolling roller is provided between planes. Upper part of sliding support is integrated with additional support for cantilever which has hole combined in transportation position with cantilever washing channel. Upper and lower parts of sliding support have bosses for its fastening in body with help of upper and lower inserts tightened by one lower nut. Upper insert has recess for accommodation of cantilever. Body lower part has rectangular through hole with walls parallel to perforator axis. Installed in said hole is sliding support with cranks and rolling roller. For return rolling roller to initial position, installed on both sides of sliding support are two plates with recesses parallel to planes of deflecting wedge. Located in recesses are projections of rolling roller. Pistons and gland have circular recesses for location of anticorrosive lubricant. They are located between seals. Recess lower face of pistons is made in form of truncated cone with small base upward, and in gland, with lower base downward. Hollow rod lower part is made in form of filter with diameter of holes smaller than diameter of jet nozzle. Upper part of perforator body has holes located in same plane. They communicate its internal and external spaces and are closed in transportation position by piston. Piston is locked relative to body by shear member located in one of holes. Piston upper seal is located above holes in perforator body, and piston lower seal is located under holes in body of this piston. EFFECT: extended technological potentialities of perforator and increased its service life. 6 dwg

Description

Гидромеханический щелевой перфоратор (далее перфоратор) относится к нефтяной промышленности и может быть использован при вторичном вскрытии продуктивных пластов, т.е. при перфорации обсадной колонны. A hydromechanical slotted punch (hereinafter referred to as a punch) refers to the oil industry and can be used in the secondary opening of reservoirs, i.e. with perforation of the casing string.

Известно устройство, содержащее корпус и режущий узел с накатным роликом (авт. свид. 883351, Е 21 В, 43/114, 1981 г.). A device is known comprising a housing and a cutting unit with a knurled roller (ed. Certificate. 883351, E 21 V, 43/114, 1981).

Недостатком этого устройства является невысокая надежность механизма выдвижения накатного ролика. The disadvantage of this device is the low reliability of the extension mechanism of the rolling roller.

Известна также схема перфоратора с одним накатным роликом в форме плоского диска с максимальным диаметром, равным диаметру корпуса этого перфоратора, разработанная во ВНИИКРнефти и опубликованная в 1994 году в журнале "Нефтяное хозяйство" 5 (рис. 1в). В этой конструкции схематично изображен клин с пазом для накатного ролика, выполненный в корпусе перфоратора под углом к его оси и взаимодействующий с кулисой, которая выдвигает накатной ролик. Also known is the design of a perforator with one knurled roller in the form of a flat disk with a maximum diameter equal to the diameter of the case of this perforator, developed at VNIIKRneft and published in 1994 in the journal Oil Industry 5 (Fig. 1c). In this design, a wedge with a groove for a knurled roller is schematically shown, made in the perforator body at an angle to its axis and interacting with the link that extends the knurled roller.

Недостатком этого устройства является сложность изготовления клина в корпусе перфоратора, т. к. в этом случае необходимо контактирующим поверхностям кулисы и клина задавать высокую твердость. The disadvantage of this device is the difficulty of manufacturing a wedge in the body of a perforator, because in this case it is necessary to set the high hardness of the contacting surfaces of the wings and the wedge.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является перфоратор, состоящий из режущего узла, включающего накатной ролик, который выдвигается с помощью кулисы, шарнирно соединенной с консолью, на которой расположена гидромониторная насадка, а с противоположной стороны от накатного ролика расположены опорные ролики (патент РФ N 2039220, Е 21 В, 43/114, 1998 год). Closest to the proposed invention is a perforator, consisting of a cutting unit, including a knurled roller, which is pulled out using a link that is pivotally connected to the console on which the nozzle is located, and support rollers are located on the opposite side of the knurled roller (RF patent N 2039220, E 21 B, 43/114, 1998).

Недостатком этого перфоратора является то, что опорные ролики при реперфорации, попадая в перфорационные отверстия, оставшиеся после кумулятивной перфорации, способствуют возникновению дополнительных нагрузок на колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) и накатной ролик, что приводит его к разрушению. При эксплуатации этого перфоратора в некоторых случаях во время проведения операции скважина начинает работать. В такой ситуации, чтобы извлечь перфоратор из скважины, необходимо заглушит ее тяжелым раствором, что приводит к значительному снижению дебита. В таких случаях перфоратор не обеспечивает возможность эксплуатации скважины без подъема его на поверхность. Кроме того, работа перфоратора в агрессивной среде приводит к быстрому износу трущихся поверхностей, что уменьшает его рабочий ресурс. The disadvantage of this puncher is that the support rollers during reperforation, falling into the perforations remaining after cumulative perforation, contribute to the occurrence of additional loads on the tubing string and rolling roller, which leads to its destruction. When operating this drill, in some cases, during the operation, the well begins to work. In such a situation, in order to remove the perforator from the well, it is necessary to drown it with a heavy solution, which leads to a significant decrease in flow rate. In such cases, the punch does not provide the ability to operate the well without lifting it to the surface. In addition, the work of a hammer in an aggressive environment leads to rapid wear of rubbing surfaces, which reduces its working life.

Целью этого изобретения является расширение технологических возможностей перфоратора и повышение его рабочего ресурса. The aim of this invention is to expand the technological capabilities of the perforator and increase its working resource.

Достигается это тем, что перфоратор, состоящий из корпуса, двух подпружиненных поршней с уплотнениями, один из которых выполнен в одном блоке с консолью, имеющей промывочный канал, разделенных сальником с уплотнениями и соединенных полым штоком, который в нижней части имеет отверстия для обеспечения циркуляции жидкости через гидромониторную насадку, расположенную на консоли, режущего узла, включающего выдвижной накатной ролик, соединенный с консолью кулисой, несущей его ось, отличающийся тем, что он снабжен скользящей опорой, выполненной как часть цилиндра, ось которого параллельна оси перфоратора, а его диаметр равен внутреннему диаметру обсадной трубы, причем скользящая опора совмещена в одном блоке с отклоняющим клином, расположенным в ее нижней части и состоящим из двух наклонных к оси перфоратора плоскостей с твердосплавными вставками, которые контактируют с расположенными по обе стороны от накатного ролика кулисами с кольцевыми уплотнениями, и между плоскостями имеется паз для движения накатного ролика, а в верхней части скользящей опоры в одном блоке с ней выполнена дополнительная опора для консоли, которая имеет отверстие, совмещенное в транспортном положении с промывочным каналом консоли, при этом в верхней и нижней части скользящей опоры имеются выступы для крепления ее в корпусе с помощью верхней и нижней вставок, зажимаемых одной нижней гайкой, причем верхняя вставка имеет паз для размещения консоли, в нижней части корпуса выполнено прямоугольное сквозное отверстие с параллельными оси перфоратора стенками, в котором установлена скользящая опора с кулисами и накатным роликом и для возвращения в исходное положение накатного ролика с обеих сторон скользящей опоры установлены две пластины с пазами, параллельными плоскостям отклоняющего клина, в которых размещены выступы оси накатного ролика, поршни и сальник снабжены кольцевыми пазами для размещения антикоррозийной смазки, расположенными между уплотнениями, причем в поршнях нижняя грань паза выполнена в виде усеченного конуса меньшим основанием вверх, а в сальнике - меньшим основанием вниз, нижняя часть полого штока выполнена в виде фильтра с диаметром отверстий меньшим диаметра гидромониторной насадки, при этом в верхней части корпуса перфоратора имеются отверстия, расположенные в одной плоскости, соединяющие его внутреннее и внешнее пространство и перекрытые в транспортном положении поршнем, зафиксированным относительно корпуса срезным элементом, расположенным в одном из отверстий, причем верхнее уплотнение поршня расположено над отверстиями в корпусе перфоратора, а нижнее - под отверстиями в корпусе этого поршня. This is achieved by the fact that the perforator, consisting of a housing, two spring-loaded pistons with seals, one of which is made in one unit with a console having a flushing channel, separated by an oil seal with seals and connected by a hollow rod, which has openings in the lower part to allow fluid circulation through a hydraulic nozzle located on the console of the cutting unit, including a retractable rolling roller, connected to the console by a link that carries its axis, characterized in that it is provided with a sliding support, made as part of a cylinder whose axis is parallel to the axis of the perforator, and its diameter is equal to the inner diameter of the casing, and the sliding support is combined in one block with a deflecting wedge located in its lower part and consisting of two planes inclined to the axis of the perforator with carbide inserts, which in contact with the wings located on both sides of the rolling roller with O-rings, and between the planes there is a groove for the movement of the rolling roller, and in the upper part of the sliding support in one block with it there is no additional support for the console, which has an opening aligned in the transport position with the flushing channel of the console, while in the upper and lower parts of the sliding support there are protrusions for fixing it in the housing using the upper and lower inserts clamped by one lower nut, and the upper insert it has a groove for placing the console, in the lower part of the case there is a rectangular through hole with walls parallel to the axis of the punch, in which a sliding support with backstage and knurled roller is installed and for returning In the initial position of the rolling roller, two plates with grooves are installed on both sides of the sliding support, parallel to the planes of the deflecting wedge, in which the protrusions of the axis of the rolling roller are placed, the pistons and the stuffing box are provided with annular grooves for anticorrosive grease located between the seals, and the lower face in the pistons the groove is made in the form of a truncated cone with a smaller base up, and in the gland - with a smaller base down, the lower part of the hollow stem is made in the form of a filter with a smaller diameter of holes the diameter of the nozzle, while in the upper part of the perforator case there are holes located in one plane connecting its internal and external space and blocked in the transport position by a piston fixed relative to the body by a shear element located in one of the holes, and the upper piston seal is located above holes in the perforator body, and the bottom - under the holes in the body of this piston.

На фиг. 1. изображен перфоратор в транспортном положении, на фиг.2. - профильная проекция режущего узла перфоратора, на фиг.3. изображена верхняя часть корпуса перфоратора при открытых отверстиях, соединяющих внутреннее и внешнее пространство НКТ, на фиг. 4, 5 и 6 показаны сечения перфоратора. In FIG. 1. shows the perforator in the transport position, figure 2. - profile projection of the cutting site of the perforator, figure 3. the upper part of the perforator body with open holes connecting the inner and outer space of the tubing is shown, in FIG. 4, 5 and 6 show sections of a perforator.

Перфоратор состоит из корпуса 1, в верхней части которого расположены отверстия 2, перекрытые поршнем 3, зафиксированным относительно корпуса срезным элементом 4 и загерметизированным верхним 5 и нижним 6 уплотнениями. Для ограничения перемещения поршня 3 в корпусе имеется кольцевой выступ 7. В корпусе расположены подпружиненные поршни 8 и 9, соединенные между собой полым штоком 10, который в нижней части выполнен в виде фильтра 11. Поршни разделены сальником 12 и имеют пазы для размещения антикоррозийной смазки соответственно 13, 14, 15. Нижние грани пазов 13 и 15 выполнены в виде усеченного конуса меньшим основанием вверх, а в пазу 14, в сальнике - меньшим основанием вниз. Поршень 9 выполнен в одном блоке с консолью 16, в которой расположен промывочный канал 17 и установлена гидромониторная насадка 18. Консоль шарнирно соединена с кулисами 19, которые контактируют с твердосплавными вставками 20, установленными в двух наклонных плоскостях клина в конусных пазах. Кулисы 19 расположены по обе стороны от накатного ролика 22 и соединены осью 23 с кольцевыми уплотнениями 24. В нижней части корпуса 1 имеется прямоугольное сквозное отверстие, в котором вставлена скользящая опора 25 с кулисами и накатным роликом. Эта скользящая опора закреплена в корпусе с помощью выступов 26 и 27 и вставок 28, 29, поджатых гайкой 30. В верхней части скользящей опоры выполнена дополнительная опора для консоли 31, в которой размещено отверстие 32, совмещенное с промывочным каналом консоли 17. Для возвращения накатного ролика в исходное положение с обеих сторон скользящей опоры установлены две пластины 33 с пазами 34, расположенными под углом к оси перфоратора, в которых размещены выступы оси накатного ролика 23. The hammer drill consists of a housing 1, in the upper part of which holes 2 are located, blocked by a piston 3, fixed with a shear element 4 and sealed with the upper 5 and lower 6 seals relative to the housing. To limit the movement of the piston 3 in the housing there is an annular protrusion 7. In the housing are spring-loaded pistons 8 and 9, interconnected by a hollow rod 10, which is made in the form of a filter 11 in the lower part. The pistons are separated by an oil seal 12 and have grooves for anticorrosive grease, respectively 13, 14, 15. The lower faces of the grooves 13 and 15 are made in the form of a truncated cone with the smaller base up, and in the groove 14, in the gland - with the smaller base down. The piston 9 is made in one block with the console 16, in which the flushing channel 17 is located and the hydraulic nozzle 18 is installed. The console is pivotally connected to the wings 19, which are in contact with carbide inserts 20 installed in two inclined planes of the wedge in conical grooves. The wings 19 are located on both sides of the knurling roller 22 and are connected by an axis 23 to the O-rings 24. In the lower part of the housing 1 there is a rectangular through hole in which the sliding support 25 is inserted with the wings and the knurled roller. This sliding support is fixed in the housing using the protrusions 26 and 27 and inserts 28, 29, pressed by a nut 30. An additional support is made for the console 31 in the upper part of the sliding support, in which the hole 32 is located, combined with the washing channel of the console 17. To return the rolling the roller in the initial position on both sides of the sliding support are two plates 33 with grooves 34 located at an angle to the axis of the punch, in which the protrusions of the axis of the rolling roller 23 are placed.

Перфоратор работает следующим образом. На колонне НКТ его спускают в скважину к интервалу перфорации. Затем осуществляют промывку ствола скважины через промывочный канал 17 и отверстие в опоре 32. После этого сбрасывают малый шар, который перекрывает промывочный канал 17 и создает циркуляцию жидкости через гидромониторную насадку 18. В результате возникающего на ней перепада давления создается усилие на поршнях 8 и 9, которые, перемещаясь вниз, выдвигают консоль 16 по дополнительной опоре 31. При этом антикоррозийная смазка, расположенная в пазах 13 и 15 поршней 8 и 9 и в пазу сальника 14, отекая по конусной поверхности, смазывает стенки корпуса 1 и поверхность штока 10, в результате чего уменьшается сила трения верхнего уплотнения поршней при перемещении их вниз и нижнего уплотнения поршней при движении их вверх. Одновременно с этим антикоррозийная смазка препятствует контакту абразивной скважинной жидкости с поверхностью корпуса и штока 10. Консоль 16 с помощью кулис 19 выдвигает накатной ролик 22 до контакта со стенкой обсадной трубы, при этом передавая на него усилие поршней. Реактивная составляющая этого усилия передается на скользящую опору 25, образующая поверхность которой равна внутреннему диаметру обсадной трубы, поэтому, перемещаясь по ней, она создает удельное давление на обсадную колонну значительно меньше, чем опорные ролики и при реперфорации отверстия, оставшиеся после кумулятивной перфорации, не оказывают влияние на работу накатного ролика. Выступы 26, 27 и вставки 28, 29, зажатые гайкой 30, надежно фиксируют скользящую опору и весь режущий узел в корпусе перфоратора. The punch works as follows. On the tubing string it is lowered into the well to the perforation interval. Then, the wellbore is flushed through the flushing channel 17 and the hole in the support 32. After that, a small ball is discarded, which closes the flushing channel 17 and creates a fluid circulation through the hydraulic nozzle 18. As a result of the pressure drop arising on it, a force is generated on the pistons 8 and 9, which, moving down, extend the console 16 along the additional support 31. In this case, the anticorrosive grease located in the grooves 13 and 15 of the pistons 8 and 9 and in the groove of the stuffing box 14, swelling along the conical surface, lubricates the walls of the housing 1 and along erhnost stem 10, thereby reducing the strength of the top seal friction of the pistons when moved downward and the lower seal of the pistons as they move upwards. At the same time, anti-corrosion grease prevents the abrasive well fluid from contacting the surface of the body and rod 10. The console 16, using the wings 19, pushes the rolling roller 22 until it contacts the casing wall, while transmitting the piston force to it. The reactive component of this force is transferred to the sliding support 25, the forming surface of which is equal to the inner diameter of the casing, therefore, moving along it, it creates a specific pressure on the casing much less than the support rollers and during reperforation, the holes remaining after cumulative perforation do not impact on the operation of the rolling roller. The protrusions 26, 27 and inserts 28, 29, clamped by a nut 30, reliably fix the sliding support and the entire cutting unit in the perforator body.

Выполняя возвратно-поступательные движения, колонны НКТ в интервале перфорации усилием накатного ролика образовывают в стенке обсадной трубы продольную щель, а затем вдоль нее гидромониторной струей размывают цементное кольцо и горную породу. При этом выполненный в нижней части штока 10 фильтр 11, диаметр отверстий которого меньше диаметра гидромониторной насадки, предотвращает возможное ей засорение, а кольцевые уплотнения 24 предохраняют ось накатного ролика от попадания абразивных частиц горной породы. Performing reciprocating movements, the tubing strings in the perforation interval by the force of the rolling roller form a longitudinal slit in the casing wall, and then the cement ring and rock are washed along with a jet of water along it. At the same time, the filter 11, made in the lower part of the rod 10, the diameter of the openings of which is smaller than the diameter of the nozzle, prevents possible clogging, and the ring seals 24 protect the axis of the rolling roller from ingress of abrasive rock particles.

В некоторых случаях, когда перфоратор вскроет продуктивный пласт, во время операции скважина может начать работать. Для того чтобы не глушить ее тяжелым раствором, который ухудшает коллекторские свойства призабойной зоны, операцию останавливают. При этом в НКТ исчезает давление и поршни 8, 9 под действием пружин возвращаются в исходное положение, перемещая вверх консоль 16. Благодаря тому, что ось накатного ролика своими выступами размещена в пазах 34, которые расположены параллельно плоскости клина, накатной ролик также возвращается в исходное положение. Затем бросают в НКТ шар большего диаметра, который перекрывает проходное отверстие поршня 3, и создают в НКТ давление, достаточное для разрушения срезного элемента 4. При этом поршень 3 перемещается вниз до кольцевого выступа 7 открывая отверстия 2 (фиг.3). Благодаря тому, что верхнее уплотнение 5 расположено в корпусе перфоратора а нижнее 6 в корпусе поршня, они не повреждаются при его перемещении. In some cases, when the perforator opens the reservoir, the well may begin to work during the operation. In order not to jam it with a heavy solution, which impairs the reservoir properties of the bottomhole zone, the operation is stopped. In this case, the pressure disappears in the tubing and the pistons 8, 9 under the action of the springs return to their original position, moving up the console 16. Due to the fact that the axis of the rolling roller with its protrusions is placed in grooves 34, which are parallel to the plane of the wedge, the rolling roller also returns to its original position position. Then, a larger diameter ball is thrown into the tubing, which blocks the bore of the piston 3, and a sufficient pressure is created in the tubing to destroy the shear element 4. At the same time, the piston 3 moves down to the annular protrusion 7 opening the holes 2 (Fig. 3). Due to the fact that the upper seal 5 is located in the perforator body and the lower 6 in the piston body, they are not damaged during its movement.

После этого скважина включается в эксплуатацию через открывшиеся отверстия 2 без подъема перфоратора на поверхность. After that, the well is put into operation through the openings 2 without raising the perforator to the surface.

Оснащение поршневой системы перфоратора кольцевыми пазами, способными создать благоприятные условия для нанесения антикоррозийной смазки на трущиеся поверхности, и скользящей опорой, изготовленной в одном блоке с клином, повышает надежность этого перфоратора и увеличивает его рабочий ресурс. Equipping the piston system of a perforator with annular grooves that can create favorable conditions for applying anti-corrosion grease to friction surfaces, and a sliding support made in one block with a wedge, increases the reliability of this perforator and increases its working life.

При испытании перфоратора во многих районах Российской Федерации операции выполнялись с применением различных жидкостей вскрытия (буровых растворов, нефти, пластовой воды и др.). Перфорация осуществлялась в различные стадии работы эксплуатационных и нагнетательных скважин: после бурения, во время капитального ремонта, при переносе фильтра, при реперфорации и при изоляции водоносных горизонтов. Практически во всех этих случаях получен положительный результат. When testing a perforator in many areas of the Russian Federation, operations were performed using various drilling fluids (drilling fluids, oil, produced water, etc.). Perforation was carried out at various stages of the production and injection wells: after drilling, during overhaul, during filter transfer, during reperforation and during the isolation of aquifers. In almost all of these cases, a positive result was obtained.

Claims

Hydromechanical slotted puncher, consisting of a housing, two spring-loaded pistons with seals, one of which is made in one block with a console having a flushing channel, separated by a stuffing box with seals and connected by a hollow rod, which has openings in the lower part to allow fluid to circulate through the hydraulic nozzle located on the console of the cutting unit, including a retractable rolling roller, connected to the console by a link that carries its axis, characterized in that it is provided with a sliding support as part of a cylinder whose axis is parallel to the axis of the perforator, and its diameter is equal to the inner diameter of the casing, and the sliding support is combined in one block with a deflecting wedge located in its lower part and consisting of two planes inclined to the axis of the perforator with carbide inserts, which in contact with the wings located on both sides of the rolling roller with O-rings and between the planes there is a groove for the movement of the rolling roller, and in the upper part of the sliding support in one block with it an additional support for the console is filled, which has an opening aligned in the transport position with the washing channel of the console, while in the upper and lower parts of the sliding support there are protrusions for fixing it in the housing using the upper and lower inserts clamped by one lower nut, the upper insert it has a groove for placing the console, in the lower part of the body there is a rectangular through hole with walls parallel to the axis of the punch, in which a sliding support with backstage and knurled roller is installed and for return In the initial position of the rolling roller, two plates with grooves are installed on both sides of the sliding support, parallel to the planes of the deflecting wedge, in which the protrusions of the axis of the rolling roller are placed, the pistons and the stuffing box are provided with annular grooves for anticorrosive grease located between the seals, and the lower face in the pistons the groove is made in the form of a truncated cone with the smaller base up, and in the gland - with the smaller base down, the lower part of the hollow stem is made in the form of a filter with a hole diameter of less m of the diameter of the hydraulic nozzle, while in the upper part of the perforator case there are holes located in one plane connecting its internal and external space and blocked in the transport position by a piston fixed relative to the body by a shear element located in one of the holes, and the upper piston seal is located above the holes in the perforator body, and the bottom below the holes in the body of this piston.