RU2325511C1 - Slot forming process in the wall of the casing string and in the cement rock at well perforation - Google Patents
Slot forming process in the wall of the casing string and in the cement rock at well perforation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2325511C1 RU2325511C1 RU2006140583/03A RU2006140583A RU2325511C1 RU 2325511 C1 RU2325511 C1 RU 2325511C1 RU 2006140583/03 A RU2006140583/03 A RU 2006140583/03A RU 2006140583 A RU2006140583 A RU 2006140583A RU 2325511 C1 RU2325511 C1 RU 2325511C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cutter
- teeth
- tooth
- cutting
- gear
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Gears, Cams (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к горной промышленности, в частности к области нефтедобычи, и предназначено для создания перфорационных щелей - прорезей в обсадной колонне, цементном камне, горной породе при строительстве скважин, при вторичном вскрытии продуктивных пластов, для интенсификации добычи и т.п. Изобретение может быть использовано как буровыми, так и ремонтными бригадами.The invention relates to the mining industry, in particular to the field of oil production, and is intended to create perforations - cuts in the casing, cement stone, rock during well construction, during the second opening of productive formations, to intensify production, etc. The invention can be used both by drilling and repair teams.
Известен способ вторичного вскрытия продуктивных пластов нефтяных и газовых скважин [патент РФ №2278962, кл. Е21В 43/112, опубл. 2006 г.], согласно которому производят спуск перфорационного устройства в скважину до интервала перфорации, создают давление в трубах, перфорируют стенку обсадной колонны выдвижным накатным роликом путем возвратно-поступательного перемещения устройства с последующим гидромониторным разрушением цементного камня и горной породы, при этом в качестве накатного ролика используют ролик, оснащенный в ободе высокопрочными зубцами с высотой, не менее чем на 2 мм превышающей толщину стенки перфорируемой колонны, углом заострения не более 60°, притуплением контактирующей поверхности - не более 1 мм. А перфорацию осуществляют возвратно-поступательным перемещением устройства для возможности перекатывания ролика и вдавливания зубцов в обсадную колонну до создания в ней от 20 до 50 щелей на 1 погонный метр обсадной колонны в пределах одного перфорационного ряда с перемычками между ними. Указанный известный способ направлен на то, чтобы исключить смыкание щели в короткие сроки за счет противостояния боковому давлению пород.A known method of secondary opening of productive formations of oil and gas wells [RF patent No. 2278962, class. ЕВВ 43/112, publ. 2006], according to which the perforating device is lowered into the well to the perforation interval, pressure is created in the pipes, the casing string is perforated by a sliding kneading roller by reciprocating movement of the device, followed by hydraulic monitor destruction of cement stone and rock, while use a roller equipped in the rim with high-strength teeth with a height not less than 2 mm greater than the wall thickness of the perforated column, the angle of sharpening is not more than 60 °, by contact surface contact - not more than 1 mm. And the perforation is carried out by the reciprocating movement of the device for the possibility of rolling the roller and pushing the teeth into the casing before creating from 20 to 50 slits per 1 meter of the casing within one perforation row with jumpers between them. The specified known method is aimed at eliminating the closure of the gap in a short time due to opposing the lateral pressure of the rocks.
Недостатком указанного известного способа является то, что он не обеспечивает гарантированное исключение повреждения цементного камня за колонной, особенно в месте их контакта, ввиду того, что процесс вдавливания зубков сопровождается возникновением напряжения как в колонне, так и в цементном камне, но т.к. это - разные материалы, то и величина этих напряжений будет различная, в результате чего может возникнуть их непредсказуемая деформация с образованием трещин и каналов, особенно в месте контакта - в месте перераспределения напряжений. Это может привести к раннему обводнению продуктивных пластов.The disadvantage of this known method is that it does not guarantee the elimination of damage to the cement stone behind the column, especially at the point of contact, due to the fact that the process of pressing in the teeth is accompanied by the occurrence of tension both in the column and in the cement stone, but since these are different materials, then the magnitude of these stresses will be different, as a result of which their unpredictable deformation can occur with the formation of cracks and channels, especially at the point of contact - at the point of redistribution of stresses. This can lead to early flooding of reservoirs.
Также известен способ образования вертикальных щелей-прорезей в боковой стенке скважины [патент США №4119151, кл. Е21В 43/112, опубл. 10.10.1978], включающий спуск перфорационного устройства в скважину на колонне насосно-компрессорных труб и формирование в эксплуатационной колонне перфорационных щелей с помощью двух диаметрально расположенных выдвижных режущих элементов, перемещающих вверх и вниз. В качестве режущих элементов в известном способе используются зубчатые резцы, которые прорезают стенку эксплуатационной колонны.Also known is a method of forming vertical slots-slots in the side wall of the well [US patent No. 4119151, class. ЕВВ 43/112, publ. 10.10.1978], including the descent of the perforating device into the well on the tubing string and the formation of perforation slots in the production string using two diametrically extending retractable cutting elements moving up and down. As cutting elements in the known method, gear teeth are used that cut through the wall of the production string.
Однако указанный известный способ не является достаточно эффективным ввиду того, что при его осуществлении возможно получение прорези ограниченной длины. Вместе с этим для его осуществления требуется устройство очень сложной конструкции.However, this known known method is not sufficiently effective due to the fact that when it is implemented, it is possible to obtain slots of a limited length. At the same time, for its implementation, a device of very complex construction is required.
Кроме того, при использовании в указанном известном способе в качестве зубчатых режущих элементов резцов с зубьями не исключается процесс искрообразования, а также облом резцов вследствие высокой односторонней и жесткой нагрузки на режущие поверхности. Все это снижает эффективность и технологичность известного способа.In addition, when using in the specified known method as gear cutting elements of the cutters with teeth, the process of sparking, as well as breaking of the cutters due to the high one-sided and hard load on the cutting surfaces, is not excluded. All this reduces the efficiency and manufacturability of the known method.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по назначению является способ получения перфорационных щелей-прорезей в эксплуатационной колонне [патент РФ №2256066, кл. Е21В 43/112, опубл. 2005 г.], согласно которому производят спуск перфорационного устройства в скважину на колонне насосно-компрессорных труб, формирование в эксплуатационной (обсадной) колонне двух диаметрально расположенных перфорационных щелей путем продольного перемещения вверх-вниз двух расположенных диаметрально выдвижных режущих элементов, при этом в качестве выдвижных элементов используют зубчатые диски, а формирование двух перфорационных щелей осуществляют постепенно усиливающимся пробиванием за счет микроударов, создаваемых зубчатыми дисками при ступенчатом создании давления в диапазоне от 1,013 до 8,104 МПа в колонне насосно-компрессорных труб.Closest to the proposed technical solution for the intended purpose is a method for producing perforation slots-slots in the production casing [RF patent No. 2256066, class. ЕВВ 43/112, publ. 2005], according to which the perforating device is lowered into the well on the tubing string, the formation of two diametrically located perforation slots in the production (casing) string by longitudinally moving up and down two diametrically extending cutting elements, while being retractable elements use gear discs, and the formation of two perforation slots is carried out by gradually increasing punching due to microshocks created by gear discs with stepwise creation of pressure in the range from 1.013 to 8.104 MPa in the tubing string.
Однако указанный известный способ не лишен недостатков, а именно:However, the specified known method is not without drawbacks, namely:
- учитывая, что формирование щели в известном способе происходит путем ударного воздействия, существует опасность повреждения цементного камня, особенно в месте контакта его со стенкой колонны, ввиду определенной хрупкости этого материала;- given that the formation of a gap in the known method occurs by impact, there is a risk of damage to the cement stone, especially at the point of contact with the wall of the column, due to the certain fragility of this material;
- кроме того, при осуществлении известного способа ударной нагрузке будет подвергаться не только стенка колонны и цементный камень, но и по закону противодействия все перфорационное устройство, вследствие чего имеется вероятность снижения срока его службы;- in addition, when implementing the known method, not only the wall of the column and cement stone will be subjected to impact load, but also according to the law of counteraction, the entire perforating device, as a result of which there is a possibility of reducing its service life;
- в известном способе фактически процесс формирования щели производится путем выдавливания, а значит это может привести к деформации колонны (эффект текучести металла при выдавливании) и к возможности постепенного уменьшения размеров щели путем частичного смыкания, что может привести к сложностям при последующем спуске оборудования. Все это приводит к отсутствию получения гарантированных технологических показателей по притоку нефти из пласта. Кроме того, указанный недостаток будет особенно заметен в горизонтальной скважине, т.к. вследствие влияния силы тяжести величина ударного воздействия различными зубчатыми режущими элементами будет различной, что может привести к усилению эффекта деформации колонны вплоть до серьезных изменений геометрии ее сечения.- in the known method, in fact, the process of forming a gap is carried out by extrusion, which means that this can lead to deformation of the column (the effect of fluidity of the metal during extrusion) and to the possibility of a gradual reduction in the size of the gap by partial closure, which can lead to difficulties during subsequent equipment descent. All this leads to the lack of guaranteed technological indicators for the influx of oil from the reservoir. In addition, this drawback will be especially noticeable in a horizontal well, because due to the influence of gravity, the magnitude of the impact of various gear cutting elements will be different, which can lead to an increase in the deformation of the column up to serious changes in the geometry of its section.
Все указанные недостатки снижают эффективность обработки известным способом и повышают эксплуатационные затраты.All these disadvantages reduce the processing efficiency in a known manner and increase operating costs.
Технический результат, достигаемый предлагаемым способом, заключается в повышении эффективности процесса формирования прорези в скважинах любого проложения, как вертикальных, так и горизонтальных, за счет исключения повреждения цементного камня за пределами зоны перфорационной щели, в том числе в месте контакта с обсадной колонной, и исключения отрицательного попеременно-ударного воздействия на перфорационное устройство, а также в повышении технологичности способа за счет сокращения времени обработки и снижении эксплуатационных затрат.The technical result achieved by the proposed method is to increase the efficiency of the process of forming a slot in wells of any location, both vertical and horizontal, by eliminating damage to the cement stone outside the perforation gap, including at the point of contact with the casing, and eliminating negative alternating impact on the perforating device, as well as in improving the manufacturability of the method by reducing processing time and reducing operational spending
Дополнительным техническим результатом является сохранение эффекта исключения искрообразования.An additional technical result is the preservation of the effect of eliminating sparking.
Указанный технический результат обеспечивается предлагаемым способом формирования прорези в стенке обсадной колонны и в цементном камне при перфорации скважин, включающим спуск перфорационного устройства в скважину, формирование в обрабатываемом материале двух диаметрально расположенных перфорационных щелей - прорезей путем продольного перемещения вверх-вниз двух диаметрально расположенных выдвижных зубчатых режущих элементов, при этом новым является то, что для формирования двух расположенных диаметрально перфорационных прорезей вначале производят выдвижение двух указанных выдвижных зубчатых режущих элементов с приложением к ним радиальной нагрузки для обеспечения плотного контакта зубьев режущих элементов с обрабатываемым материалом, затем путем протягивания сообщают упомянутым режущим элементам принудительное продольное перемещение вдоль обрабатываемого материала вверх-вниз на длину прорези с одновременным обеспечением при таком протягивании каждому зубчатому режущему элементу, находящемуся под радиальной нагрузкой, эффекта перекатывания без принудительного вращения по направлению хода продольного перемещения с обеспечением при этом сострагивания обрабатываемого материала зубом зубчатого режущего элемента по ходу перекатывания с последующим фрезерованием места сострагивания, причем при изменении направления протягивания производят постепенное увеличение радиальной нагрузки на зубчатые режущие элементы, при этом величину радиальной нагрузки в целом при формировании прорези, а также величину продольной нагрузки при протягивании выбирают в диапазоне от 0,1 до 10 тонн, а в качестве зубчатого режущего элемента используют зубчатую фрезу с установленными по ее контуру зубьями, обеспечивающими возможность реверсивного сострагивания и последующего фрезерования обрабатываемого материала, причем каждый из указанных зубьев выполнен в виде клина с углом заточки при вершине 50-110°, содержащего размещенную вдоль продольной оси фрезы главную режущую кромку, от которой к телу фрезы отходят с отгибкой от продольной оси боковые стенки, каждая из которых включает по меньшей мере две составляющие поверхности, расположенные с сопряжением под углом друг к другу с образованием в месте их сопряжения боковых режущих кромок, причем упомянутые составляющие поверхности выполнены плоскими или выпуклыми, при этом каждый зуб снабжен двумя торцевыми смежными боковым стенкам гранями, которые выполняют поочередно при протягивании указанной фрезы вверх или вниз функцию главных передних поверхностей.The specified technical result is provided by the proposed method of forming a slot in the wall of the casing and in cement stone during perforation of the wells, including the descent of the perforating device into the well, the formation of two diametrically located perforation slots in the processed material — slots by longitudinally moving up and down two diametrically located retractable gear cutting elements, while new is that for the formation of two diametrically located perforations it is first made to extend the two indicated retractable gear cutting elements with a radial load applied to them to ensure tight contact between the teeth of the cutting elements and the material to be processed, then, by pulling, the said cutting elements are forced to longitudinally move along the material up and down by the length of the slot while ensuring In this way, for each gear cutting element under radial load, the rolling effect without specific rotation in the direction of the longitudinal movement along with ensuring that the material being machined by the tooth of the toothed cutting element is rolled along with subsequent milling of the place of cutting, and when the direction of pulling is changed, the radial load on the gear cutting elements gradually increases, while the radial load as a whole at the formation of the slot, as well as the magnitude of the longitudinal load when pulling, is selected in the range from 0.1 to 10 tons, and in quality A tooth cutter is used with a gear mill with teeth installed along its contour, providing the possibility of reverse cutting and subsequent milling of the processed material, each of these teeth being made in the form of a wedge with a sharpening angle at an apex of 50-110 °, containing the main the cutting edge, from which the side walls extend to the body of the cutter with bending from the longitudinal axis, each of which includes at least two component surfaces located with conjugation at an angle to each other with the formation in the place of their conjugation of the side cutting edges, and the said component surfaces are made flat or convex, while each tooth is equipped with two end face adjacent side walls of the faces, which perform alternately when pulling the specified cutter up or down the function of the main front surfaces.
В случае использования в качестве обрабатываемого материала обсадной колонны величина радиальной нагрузки для обеспечения плотного контакта зубьев режущих элементов с обрабатываемым материалом составляет величину начальной пластической деформации металла обсадной трубы указанными зубьями.In the case of using casing as a processed material, the radial load value for ensuring tight contact of the teeth of the cutting elements with the processed material is the magnitude of the initial plastic deformation of the casing metal by said teeth.
При операции протягивания обеспечивают постоянную удельную радиальную и продольную нагрузку на зубчатый режущий элемент при обработке одного вида обрабатываемого материала и при движении в одном направлении, т.е. при движении вверх или при движении вниз.During the pulling operation, a constant specific radial and longitudinal load on the gear cutting element is provided when processing one type of material to be processed and when moving in one direction, i.e. when moving up or when moving down.
Фреза имеет чередующиеся по высоте зубья.The cutter has alternating height teeth.
Главная режущая кромка зуба фрезы образована в виде плавного сопряжения боковых стенок зуба.The main cutting edge of the cutter tooth is formed in the form of a smooth mating of the side walls of the tooth.
У боковой стенки соотношение высоты составляющей поверхности, примыкающей к главной режущей кромке, к высоте составляющей поверхности, примыкающей к основанию зуба, составляет как 1:(0,4÷2,5) соответственно.At the side wall, the ratio of the height of the component surface adjacent to the main cutting edge to the height of the component surface adjacent to the base of the tooth is 1: (0.4 ÷ 2.5), respectively.
Линия боковых режущих кромок зуба фрезы выполнена прямой или дугообразной.The line of the side cutting edges of the cutter tooth is made straight or arched.
Ширина зуба у основания соответствует ширине тела фрезы.The width of the tooth at the base corresponds to the width of the body of the cutter.
Между зубьями в теле фрезы выполнены дугообразные канавки для отвода стружки.Between the teeth in the body of the cutter, arcuate grooves are made for chip removal.
Вышеприведенный технический результат достигается за счет следующего.The above technical result is achieved due to the following.
Приложение радиальной нагрузки к выдвинутым зубчатым режущим элементам позволяет обеспечить плотный контакт их зубьев с обрабатываемым материалом для облегчения последующего процесса сострагивания этого материала при последующем продольном перемещении устройства.The application of a radial load to the extended gear cutting elements makes it possible to ensure tight contact of their teeth with the material to be processed to facilitate the subsequent process of shearing this material during subsequent longitudinal movement of the device.
Благодаря последующему процессу протягивания и сообщению за счет этого режущим элементам, находящимся под радиальной нагрузкой, принудительного продольного перемещения, обеспечивается эффект перекатывания этих элементов вокруг своей оси по направлению хода продольного перемещения (причем без сообщения режущим элементам принудительного вращения). Учитывая, что зубья режущих элементов плотно прижаты к обрабатываемому материалу, при перекатывании происходит сострагивание материала главной режущей кромкой зуба фрезы и последующее формирование щели боковыми режущими кромками. Причем этот процесс идет «мягко», в щадящем режиме, последовательно и без резких динамических нагрузок, причем как в вертикальных, так и горизонтальных скважинах, что благоприятно действует на целостность цементного камня, особенно в месте контакта его с обсадной колонной. На указанную цель также работает и то, что в преимущественном варианте осуществления способа обеспечивают постоянную удельную радиальную и продольную нагрузку на зубчатый режущий элемент при обработке одного вида обрабатываемого материала (например, только металла обсадной колонны, или только цементного камня) и при движении только в одном направлении, т.е. при движении вверх или при движении вниз. Благодаря такому процессу работы обеспечивается щадящий режим работы перфорационного устройства, реализующего предлагаемый способ, повышается эффективность технологии за счет гарантии качества и за счет увеличения периода безаварийной работы путем исключения неблагоприятных резких динамических нагрузок на перфорационное устройство в целом и изменения его режимов при протягивании.Due to the subsequent process of pulling and communication due to this, the cutting elements under radial load, forced longitudinal movement, provides the effect of rolling these elements around its axis in the direction of the longitudinal movement (and without communication to the cutting elements of forced rotation). Considering that the teeth of the cutting elements are firmly pressed against the material to be processed, when rolling the material is sheared by the main cutting edge of the cutter tooth and the subsequent formation of a slit by the side cutting edges. Moreover, this process is “soft”, in a gentle mode, sequentially and without sharp dynamic loads, both in vertical and horizontal wells, which favorably affects the integrity of cement stone, especially at the point of contact with the casing. It also works for this purpose that, in an advantageous embodiment of the method, a constant specific radial and longitudinal load on the gear cutting element is provided when processing one type of material to be processed (for example, only casing string metal, or only cement stone) and only in one direction i.e. when moving up or when moving down. Thanks to this process, a gentle operation mode of the perforating device that implements the proposed method is ensured, the technology is improved due to quality assurance and by increasing the period of trouble-free operation by eliminating adverse sharp dynamic loads on the perforating device as a whole and changing its modes during pulling.
Такие преимущества также обеспечиваются за счет особой конструкции выдвижных режущих элементов, а именно за счет использования зубчатой фрезы с определенными зубьями. Выполнение каждого зуба в виде клина с углом заточки при вершине в пределах 50-110° (указанные значения определены опытным путем) и размещение вдоль продольной оси фрезы его главной режущей кромки обеспечивают возможность плавного и однородного реверсивного сострагивания и фрезерования обрабатываемого материала при протягивании, что также исключает резкие колебания в работе режущих элементов и устройства в целом, а значит увеличивает ресурс их работы и одновременно не оказывает разрушающего воздействия на цементный камень в месте контакта его с обсадной трубой.Such advantages are also provided due to the special design of the retractable cutting elements, namely through the use of a gear mill with specific teeth. The execution of each tooth in the form of a wedge with a sharpening angle at the apex between 50-110 ° (these values were determined empirically) and the placement of its main cutting edge along the longitudinal axis of the milling cutter allow smooth and uniform reverse cutting and milling of the processed material when pulling, which also eliminates sharp fluctuations in the operation of the cutting elements and the device as a whole, and therefore increases the resource of their work and at the same time does not have a destructive effect on the cement stone in the place of cont kta him with a casing.
Благодаря выполнению боковых стенок зуба фрезы с отгибкой от продольной оси (боковая стенка на профиле поперечного сечения зуба будет представлять ломаную линию) в виде, по меньшей мере, двух составляющих поверхностей с образованием в месте их сопряжения боковых режущих кромок, которые могут быть выполнены прямыми или дугообразными, обеспечивается процесс фрезерования обрабатываемого материала постепенным и плавным врезанием в образующуюся прорезь составляющих поверхностей боковых стенок (также выполняющих функцию режущих), что исключает возникновение резких напряжений в материале, а значит исключает его нежелательную деформацию.Due to the implementation of the side walls of the tooth of the cutter with bending from the longitudinal axis (the side wall on the profile of the tooth cross section will represent a broken line) in the form of at least two component surfaces with the formation of the lateral cutting edges at the place of their mating, which can be made straight or arc-shaped, the process of milling the processed material is provided by gradual and smooth cutting into the formed slot of the component surfaces of the side walls (also performing the function of cutting), which excludes It eliminates the occurrence of sharp stresses in the material, and therefore eliminates its undesirable deformation.
Выполнение составляющих поверхностей плоскими или выпуклыми с соотношением их высот как 1:(0,4÷2,5) позволяет реализовывать вышеуказанный процесс с еще большей эффективностью и производительностью.The implementation of the component surfaces flat or convex with a ratio of their heights as 1: (0.4 ÷ 2.5) allows you to implement the above process with even greater efficiency and productivity.
Снабжение каждого зуба двумя торцевыми гранями, выполняющими поочередно при протягивании вверх или вниз функции главных передних поверхностей, необходимо для обеспечения реверсивности режущему элементу.The supply of each tooth with two end faces, which alternately perform the functions of the main front surfaces when pulling up or down, is necessary to ensure the reversibility of the cutting element.
Постепенное увеличение радиальной нагрузки на режущие элементы при каждом изменении направления протягивания обусловлено необходимостью углубления прорези.A gradual increase in the radial load on the cutting elements with each change in the direction of pulling due to the need to deepen the slot.
Выбор в целом величины радиальной нагрузки и продольной нагрузки при протягивании в диапазоне от 0,1 до 10 тонн установлено экспертным путем и обусловлено особенностями предлагаемого способа, нацеленного на плавный равномерный характер формирования прорезей без нарушения целостности цементного кольца, особенно в месте контакта его с обсадной трубой.The choice of the overall radial load and longitudinal load when pulling in the range from 0.1 to 10 tons was established by experts and is due to the features of the proposed method aimed at a smooth uniform nature of the formation of slots without violating the integrity of the cement ring, especially at the point of contact with the casing .
Выполнение у фрезы чередующихся по высоте зубьев является одним из вариантов и обусловлено конкретными особенностями конструкции обсадной колонны, в частности ее диаметром и материалом.Performing alternating height teeth on the cutter is one of the options and is due to specific design features of the casing string, in particular its diameter and material.
Благодаря выполнению главной режущей кромки путем плавного сопряжения (т.е. не строгий угол, а закругленный или чуть затылованный) боковых стенок зуба обеспечивается мягкое воздействие на более мягкий (по прочностным свойствам) обрабатываемый материал.Due to the implementation of the main cutting edge by smoothly mating (i.e., not a strict angle, but a rounded or slightly backed) tooth side walls, a soft effect on a softer (in strength properties) processed material is provided.
В результате того, что линия боковых режущих кромок зуба фрезы выполнена или прямой, или дугообразной, обеспечивается наряду с высоким режущим эффектом еще и калибровка стенок прорези.As a result of the fact that the line of the lateral cutting edges of the cutter tooth is made either straight or arcuate, along with a high cutting effect, the slot walls are also calibrated.
Благодаря тому, что ширина зуба у основания соответствует ширине тела фрезы, обеспечивается продолжение работы зубьев при выходе за прорезанную колонну. При этом тело фрезы находится в прорезанной щели-прорези, не создавая дополнительных нагрузок.Due to the fact that the width of the tooth at the base corresponds to the width of the body of the cutter, the teeth continue to work when leaving the cut column. At the same time, the body of the cutter is located in the slotted slot-slot, without creating additional loads.
Для реализации предлагаемого способа осуществляют следующие операции в нижеуказанной последовательности:To implement the proposed method carry out the following operations in the following sequence:
- производят спуск перфорационного устройства в скважину и размещают его в интервале перфорации;- make the descent of the perforating device into the well and place it in the perforation interval;
- производят выдвижение двух выдвижных диаметрально расположенных зубчатых режущих элементов, в качестве которых используется зубчатая фреза, до плотного соприкосновения зубьев с обрабатываемым материалом, а именно со стенкой обсадной колонны, и прикладывают к фрезе радиальную нагрузку, например, в размере 1 тонн;- two sliding diametrically arranged gear cutting elements are advanced, which are used as a gear cutter, until the teeth come into close contact with the material being processed, namely the casing wall, and a radial load is applied to the cutter, for example, in the amount of 1 ton;
- затем путем протягивания перфорационного устройства, например, вверх сообщают упомянутой зубчатой фрезе принудительное продольное перемещение вдоль обрабатываемого материала вверх на длину щели;- then, by pulling the perforating device, for example, upwardly, the aforementioned gear cutter is informed of a forced longitudinal movement along the material to be processed upward along the length of the slit;
- при таком протягивании зубчатая фреза, находящаяся под радиальной нагрузкой, будет перекатываться, причем без принудительного вращения, по направлению хода продольного перемещения (по направлению хода протягивания) с обеспечением при этом сострагивания обрабатываемого материала зубом зубчатой фрезы по ходу перекатывания и с последующим фрезерованием места сострагивания;- with this pulling, a gear mill under radial load will roll, and without forced rotation, in the direction of the longitudinal movement (in the direction of the pull), while ensuring that the material being machined by the tooth of the gear mill along the rolling path and with subsequent milling of the joint ;
- затем при достижении верхней границы длины щели производят изменение направления протягивания и перед указанной операцией производят увеличение радиальной нагрузки на зубчатую фрезу, например, в пределах от 0,5 до 1 тонн, при этом также может быть изменена и продольная нагрузка протягивания в сторону увеличения. В преимущественном варианте исполнения при операции протягивания лучше использовать постоянную удельную радиальную и продольную нагрузку на зубчатую фрезу, но только при обработке одного вида обрабатываемого материала и при движении только в одном направлении, т.е. при движении или вверх, или при движении вниз;- then, when reaching the upper limit of the length of the slit, the direction of the pull is changed and, before the indicated operation, the radial load on the gear mill is increased, for example, in the range from 0.5 to 1 tons, while the longitudinal pull of the pull can also be changed in the direction of increase. In the preferred embodiment, during the pulling operation, it is better to use a constant specific radial and longitudinal load on the gear mill, but only when processing one type of material to be processed and when moving in only one direction, i.e. when moving up or when moving down;
- затем производят протягивание перфорационного устройства вниз и сообщают упомянутой зубчатой фрезе принудительное продольное перемещение вдоль обрабатываемого материала вниз на длину щели;- then the perforating device is pulled downward and the aforementioned gear cutter is informed of a forced longitudinal movement down along the processed material down to the length of the slit;
- далее цикл повторяют до сформирования в обрабатываемом материале двух диаметрально расположенных перфорационных щелей - прорезей необходимой длины;- then the cycle is repeated until two diametrically located perforation slots are formed in the processed material — slots of the required length;
- при этом величину радиальной нагрузки в целом при формировании прорези, а также величину продольной нагрузки при протягивании выбирают в диапазоне от 0,1 до 10 тонн;- the magnitude of the radial load as a whole during the formation of the slot, as well as the magnitude of the longitudinal load when pulling, is selected in the range from 0.1 to 10 tons;
- а в качестве зубчатого режущего элемента используют зубчатую фрезу определенной конструкции с установленными по ее контуру зубьями, обеспечивающими возможность реверсивного сострагивания и последующего фрезерования обрабатываемого материала, причем каждый из указанных зубьев выполнен в виде клина с углом заточки при вершине 50-110° (выполнение угла заточки менее 50° приводит к быстрой поломке фрезы, а более 110° - к снижению эффективности сострагивания и фрезерования), содержащего размещенную вдоль продольной оси фрезы главную режущую кромку, от которой к телу фрезы отходят с отгибкой от продольной оси боковые стенки, каждая из которых включает по меньшей мере две составляющие поверхности (плоские или выпуклые), расположенные с сопряжением под углом друг к другу с образованием в месте сопряжения боковых режущих кромок, при этом каждый зуб снабжен двумя торцевыми гранями, которые поочередно выполняют при протягивании указанной фрезы вверх или вниз функцию главных передних поверхностей.- and as a gear cutting element, a gear mill of a certain design is used with teeth installed along its contour, providing the possibility of reverse cutting and subsequent milling of the processed material, each of these teeth being made in the form of a wedge with a sharpening angle at an apex of 50-110 ° (angle sharpening less than 50 ° leads to a quick breakdown of the cutter, and more than 110 ° - to reduce the efficiency of shearing and milling), containing the main cutting edge located along the longitudinal axis of the cutter an edge from which the side walls extend to the body of the milling cutter with bending from the longitudinal axis, each of which includes at least two component surfaces (flat or convex), located with the mating at an angle to each other with the formation of lateral cutting edges at the mating point, with this, each tooth is equipped with two end faces, which alternately perform when pulling the specified cutter up or down the function of the main front surfaces.
Предлагаемый способ иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид зубчатой фрезы; на фиг.2 - поперечный разрез зубчатой фрезы; фиг.3 - вид с торца фрезы.The proposed method is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the gear mill; figure 2 is a transverse section of a gear mill; figure 3 is an end view of the cutter.
В качестве зубчатого режущего элемента в предлагаемом способе используют зубчатую фрезу 1 определенной конструкции с установленными по ее контуру зубьями 2 и 3, обеспечивающими возможность реверсивного сострагивания и последующего фрезерования обрабатываемого материала. Каждый зуб 2 и 3 выполнен в виде клина с углом заточки α, равным 50-110° при вершине 4. Каждый зуб 2 и 3 содержит размещенную вдоль продольной оси фрезы 1 главную режущую кромку 5, от которой к телу фрезы 1 отходят с отгибкой от продольной оси боковые стенки 6 и 7, каждая из которых включает по меньшей мере две составляющие поверхности 8, 9 и 10, 11 соответственно (они могут быть выполнены плоскими или выпуклыми). Указанные составляющие поверхности 8, 9 и 10, 11 размещены с сопряжением под углом друг к другу с образованием в месте сопряжения боковых режущих кромок 12 и 13. Каждый зуб 2 и 3 снабжен двумя торцевыми гранями 14 и 15, которые поочередно выполняют функцию главных передних поверхностей при протягивании указанной фрезы 1 вверх или вниз.As a gear cutting element in the proposed method, a gear mill 1 of a certain design with teeth 2 and 3 installed along its contour, providing the possibility of reverse shearing and subsequent milling of the processed material, is used. Each tooth 2 and 3 is made in the form of a wedge with a sharpening angle α equal to 50-110 ° at the
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующим примером.The essence of the invention is illustrated by the following example.
Пример 1. Предлагаемый способ был опробован на ряде скважин Пермского Прикамья. Пример приведен для скважины с глубиной 1750 м, интервал перфорации 1738-1745 м. Для осуществления заявляемого способа использовали перфорационное устройство, снабженное двумя зубчатыми фрезами, предложенной конструкции (фиг.1-3) (угол заточки зуба при вершине равен 90°, соотношение высот составляющих поверхностей боковых стенок 1:1,25) и установленными с возможностью их выдвижения в диаметрально противоположные стороны посредством механизма крепления и выдвижения. Указанное перфорационное устройство содержит корпус, в котором размещен поршень-толкатель с гидравлическим центральным каналом и отводящими гидроканалами, оборудованными гидромониторными насадками. Также в корпусе расположены две упомянутые выдвижные зубчатые фрезы, которые установлены на отдельных осях и снабжены механизмом выдвижения, состоящим из закрепленного на корпусе с возможностью поворота коромысла, в плечах которого установлены оси фрез, и из двух зеркально установленных друг по отношению к другу по продольной оси одинарных отклоняющих клиньев, клиновидная поверхность которых служит направляющими для указанного коромысла. При этом перфорационное устройство может иметь различную конструкцию, но обязательными элементами являются вышеуказанные, а также наличие механизма выдвижения в диаметральном направлении двух фрез.Example 1. The proposed method was tested on a number of wells in the Perm Prikamye. An example is given for a well with a depth of 1750 m, the perforation interval is 1738-1745 m. For the implementation of the proposed method used a perforating device equipped with two gear mills, the proposed design (Fig.1-3) (the angle of sharpening of the tooth at the apex is 90 °, the height ratio constituent surfaces of the side walls 1: 1.25) and installed with the possibility of their extension to diametrically opposite sides by means of a fastening and extension mechanism. The specified perforating device comprises a housing in which a plunger-piston with a hydraulic central channel and outlet hydraulic channels equipped with hydraulic monitor nozzles is placed. Also in the body are the two mentioned retractable gear cutters, which are mounted on separate axes and are equipped with an extension mechanism, consisting of a rocker arm mounted on the body with the possibility of rotation, in the shoulders of which the cutter axes are installed, and of two mirror-mounted relative to each other along the longitudinal axis single deflecting wedges, the wedge-shaped surface of which serves as guides for the specified beam. At the same time, the perforating device may have a different design, but the above elements are obligatory elements, as well as the presence of a mechanism of extension in the diametrical direction of two mills.
На колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) перфорационное устройство спускают в скважину к месту перфорации на глубину 1738 м. Установив его на глубине 1738 м, создают давление в гидроцилиндре, под действием которого поршень-толкатель начинает поступательно перемещаться, и коромысло, к которому прикреплена фреза, начинает поворачиваться, обеспечивая выдвижение зубчатых фрез диаметрально противоположно до упора их зубьев с обсадной колонной. На указанные фрезы прикладывают радиальную нагрузку 0,5 тонн. Затем начинают протягивание перфорационного устройства вниз при продольной нагрузке 0,5-1 тонна, при этом упомянутые зубчатые фрезы начинают принудительное продольное перемещение вдоль обсадной колонны вниз на длину щели 7 м.On the string of tubing (tubing), the perforating device is lowered into the well to the place of perforation at a depth of 1738 m. Setting it at a depth of 1738 m creates pressure in the hydraulic cylinder, under the action of which the piston-pusher begins to move progressively, and the beam to which is attached the cutter starts to rotate, providing the extension of the gear cutters diametrically opposite to the stop of their teeth with the casing. A 0.5 ton radial load is applied to said milling cutters. Then, the perforating device is pulled downward with a longitudinal load of 0.5-1 ton, while the said gear cutters begin forced longitudinal movement along the casing down to a slit length of 7 m.
При таком протягивании зубчатая фреза, находящаяся под радиальной нагрузкой, будет перекатываться по направлению хода протягивания и ее зубья начнут сострагивать металл обсадной колонны главной режущей кромкой 5 по ходу перекатывания и затем боковыми стенками 6 и 7 и боковыми режущими кромками 12 и 13 будет производиться фрезерование места сострагивания. Достигнув нижней границы длины щели 1745 м, производят изменение направления протягивания, но перед этим производят увеличение радиальной нагрузки на зубчатую фрезу на 1 тонну, при этом также изменяют и продольную нагрузку протягивания в сторону увеличения на 2-3 тонны. Затем производят протягивание перфорационного устройства вверх при этих новых параметрах и сообщают упомянутой зубчатой фрезе принудительное продольное перемещение вдоль обсадной колонны вверх на длину щели до глубины 1738 м. Далее возвратно-поступательное перемещение повторяют по указанному циклу до сформирования в обсадной колонне двух диаметрально расположенных перфорационных щелей-прорезей. Учитывая, что у зубчатой фрезы ширина зуба у основания соответствует ширине тела фрезы, обеспечивается калибровка щели и плавный переход резания и за стенкой обсадной колонны. При выходе фрез за тело обсадной колонны на цементный камень падает продольная нагрузка до минимума, но при этом давление в перфорационном устройстве увеличивается и реализуется гидромониторный эффект струи, которая при выходе из гидромониторной насадки будет дополнительно размывать цементный камень и породу пласта, намывая каверну по всей длине щели. После намыва каверны давление сбрасывается, зубчатые фрезы 1 возвращаются в корпус перфорационного устройства. Далее последнее перемещают в продольном направлении на требуемую величину шага вскрытия (шага перфорации) и процесс повторяют сначала.With this pulling, a gear cutter under radial load will roll in the direction of the pulling progress and its teeth will begin to shear the casing metal with the
При этом величину радиальной нагрузки в целом при формировании прорези, а также величину продольной нагрузки при протягивании в предлагаемом способе выбирают в диапазоне от 0,1 до 10 тонн. Экспериментальным путем было определено, что величина нагрузки менее 0,1 тонны не обеспечивает эффективную скорость формирования щелей-прорезей, а при нагрузке более 10 тонн возможен обрыв перфорационного устройства.The magnitude of the radial load as a whole during the formation of the slot, as well as the magnitude of the longitudinal load when pulling in the proposed method is selected in the range from 0.1 to 10 tons. It was experimentally determined that a load of less than 0.1 tons does not provide an effective rate of formation of slots, slots, and with a load of more than 10 tons, a perforation device may break.
Кроме того, исследованиями также было установлено, что только при использовании в качестве режущего элемента зубчатой фрезы предложенной конструкции в совокупности с указанным порядком осуществления заявляемого способа обеспечивается стабильный и равномерный процесс формирования прорези как в стенке обсадной трубы, так и в цементном камне.In addition, studies have also found that only when using the proposed gear as a cutting element in combination with the indicated procedure for implementing the inventive method, a stable and uniform process of forming a slot in the casing wall and in the cement stone is ensured.
Для доказательства исключения разрушающего воздействия предлагаемого способа на цементный камень в месте контакта его с обсадной трубой были проведены дополнительные исследования ствола скважины до щелевой перфорации и после с использованием акустического метода с помощью прибора марки МАК-3 для определения зазоров между цементным камнем и трубой. Результаты показали, что предлагаемый способ практически исключает возникновение опасных зазоров, которые могут привести к возникновению осложнений при дальнейшей эксплуатации скважины.To prove the exclusion of the destructive effect of the proposed method on cement stone at the point of contact with the casing, additional studies of the wellbore were conducted before slotted perforation and after using the acoustic method using a MAK-3 device to determine the gaps between the cement stone and the pipe. The results showed that the proposed method virtually eliminates the occurrence of dangerous gaps, which can lead to complications during further operation of the well.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006140583/03A RU2325511C1 (en) | 2006-11-16 | 2006-11-16 | Slot forming process in the wall of the casing string and in the cement rock at well perforation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006140583/03A RU2325511C1 (en) | 2006-11-16 | 2006-11-16 | Slot forming process in the wall of the casing string and in the cement rock at well perforation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2325511C1 true RU2325511C1 (en) | 2008-05-27 |
Family
ID=39586615
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006140583/03A RU2325511C1 (en) | 2006-11-16 | 2006-11-16 | Slot forming process in the wall of the casing string and in the cement rock at well perforation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2325511C1 (en) |
-
2006
- 2006-11-16 RU RU2006140583/03A patent/RU2325511C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ciccu et al. | Improvement of disc cutter performance by water jet assistance | |
| Hood et al. | A development in rock cutting technology | |
| US9382782B2 (en) | Hydromechanical slot perforator (variants) | |
| GB2385618A (en) | Device for drilling a subterranean formation with variable depth of cut | |
| GB2227509A (en) | A combination drill bit | |
| DE102015118689A1 (en) | Carbide insert and rock drill | |
| RU2325511C1 (en) | Slot forming process in the wall of the casing string and in the cement rock at well perforation | |
| US20150368976A1 (en) | Fixed-cutter drill bits generating cores | |
| Luo et al. | Research on the hard rock cutting characteristics of disc cutter under front-mounted water jet precutting kerf conditions | |
| RU2369728C2 (en) | Sector method of fissure hydro-mechanical perforation of well | |
| DE2813142A1 (en) | METHOD FOR CUTTING MINERAL ON A MINING WORKPLACE AND COMBINED CUTTING TOOL FOR CARRYING OUT THE METHOD | |
| CN103147692B (en) | A kind of gear wheel-stationary cutting structure composite drill bit | |
| RU2440486C1 (en) | Hydromechanical slot perforator (versions) | |
| RU103564U1 (en) | MILLER | |
| KR20200043675A (en) | Apparatus for forming notches in drilling hole which help the development and control of tensile cracks in rock and, methods for the same | |
| RU2254451C1 (en) | Method for hydromechanical slit perforation of casing column and device for realization of said method | |
| US20120211282A1 (en) | Rock bit and cutter teeth geometries | |
| EP3173575A1 (en) | Method for re-opening productive formations using helicoid perforation | |
| US4004569A (en) | Method and apparatus for removing set mortar from recovered building bricks | |
| RU2167293C1 (en) | Method of rocks breakage | |
| CN218644226U (en) | Impregnated cutter bit type drill bit with step structure | |
| RU231578U1 (en) | Hydromechanical wedge drill | |
| RU212826U1 (en) | Rotary Well Drilling Tool | |
| JPH0444594A (en) | Bedrock drilling method and its device | |
| CN112504897A (en) | Combined rock breaking test device with sequential operation of high-pressure water jet and cutter and application |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20081127 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111117 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20130620 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201117 |