перфоратор лазерный гидравлический щелевой

Формула изобретения

Перфоратор лазерный гидравлический щелевой, включающий лазерный прибор с возможностью продольного перемещения вдоль колонны, при постоянной подаче электроэнергии, снабженный лазерными окнами в нижней части, над которыми расположены гидромониторы с направляющими центраторами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной и газовой отраслям промышленности, в частности, к технике освоения скважины после бурения, предназначено для создания перфорационных щелей в обсадных колоннах, цементном камне и горной породе.

Известны устройства для термической перфорации (а.с. № 848603, МКИ3 Е21В 43/114, з. 18.06.1979 г., оп. 23.07.1981 г., б. № 27; а.с. № 1173036, МКИ4 Е21В 43/114, з. 04.08.1982 г., oп. 15.08.1985 г., б. № 30), содержащие корпус, в котором размещены лазер и световод, выполненный в виде нескольких изогнутых трубок. Потоки света, пройдя по трубкам световода, в точках падения плавят и испаряют материал колонны скважины, цементного кольца и горной породы.

Однако такие устройства работают циклично и могут перфорировать только точечные отверстия, что обеспечивает ограниченное сообщение между скважиной и пластом, создавая риск получения «стопа» при гидравлическом разрыве пласта.

Кроме того, если температура спекания нефтегазового пласта или горной породы превышает температуру плавления материала эксплуатационной колонны скважины и температуру плавления цемента за колонной, то использование лазерной перфорации приведет к кольмотации пласта.

Известны также перфораторы гидромеханические щелевые (пат. РФ № 38194, МПК7 Е21В 43/11, пр. 18.08.2003, оп. 27.05.2004; пат. РФ № 41336, МПК7 Е21В 43/11, пр. 16.07.2004, oп. 20.10.2004; пат. РФ № 68586, МПК7 Е21В 43/112, пр. 13.11.2006, oп. 27.11.2007; пат. РФ № 2270330, МПК7 Е21В 43/112, пр. 16.07.2004, oп. 20.02.2006), включающие режущие диски и гидромониторные насадки.

Недостатком известных гидромеханических щелевых устройств является достаточно быстрый износ режущих дисков, сложность их замены. Кроме того, в силу сложности конструкций устройств, снижается их надежность и технологичность при эксплуатации. При этом динамические нагрузки на колонну насосно-компрессорной трубы (НКТ) составляют от 5 до 12 т сверх собственного веса колонны НКТ, соответственно, появляется риск обрыва НКТ и получения аварии на скважине, на ликвидацию которой уходит значительное время и средства. Также на скважинах глубиной от 2800 м и более вес при работе гидромеханических перфораторов достигает 40-50 т, что в свою очередь не позволяет производить работы легкими подъемными агрегатами типа АПРС-40.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение технологии перфорации и обеспечение повышения производительности за счет повышения скорости и точности вскрытия продуктивных пластов и увеличения сообщения между скважиной и пластом при снижении степени риска получения «стопа» при гидравлическом разрыве пласта.

Поставленная задача решается за счет того, что в лазерном гидравлическом щелевом перфораторе над лазерным прибором, выполненным с возможностью продольного перемещения вдоль колонны во время осуществления перфорации, при постоянной подаче электроэнергии, снабженным лазерными окнами в нижней части, расположены гидромониторы с направляющими центраторами, центрирующими гидромониторы по отношению к щелям, прорезанным лазером.

Размещение лазерного прибора с возможностью продольного перемещения вдоль колонны, при постоянной подаче электроэнергии, позволяет осуществлять щелевую безударную перфорацию, что увеличивает сообщение между скважиной и пластом, снижая при этом риск получения «стопа», повышает скорость и точность вскрытия продуктивных пластов.

Дополнительное снабжение перфоратора гидромониторами при температуре спекания нефтегазового пласта или горной породы свыше температуры плавления материала эксплуатационной колонны скважины и температуры плавления цемента за колонной позволяет после прорезания лазерными лучами металла и части, или целиком, цемента намыть большие каверны и, в случае, допущения спекания размыть последние, что увеличивает сообщение между скважиной и пластом и снижает степень риска получения «стопа» при гидравлическом разрыве пласта.

Центрирование гидромониторов для четкого попадания создаваемых гидромониторами струй жидкости строго вдоль щелей, образованных лазерным прибором, осуществляется с помощью направляющих центраторов, что позволяет четко направлять струи в щель, прорезанную лазером, в противном случае струя будет попадать на эксплуатационную колонну и рассеиваться, соответственно теряя режущую силу.

Лазерный гидравлический щелевой перфоратор одновременно формирует две продольные щели в колонне, встроенными гидромониторами намывает каверны и не имеет ударного воздействия на эксплуатационную колонну скважин.

На чертеже представлен перфоратор лазерный гидравлический щелевой.

1 - скважина; 2 - цементный камень (кольцо); 3 - эксплуатационная колонна; 4 - крепежный элемент (клямса); 5 - насосно-компрессорная труба; 6 - электрический кабель; 7 - сбивной клапан; 8 - гидравлический клин-отклонитель; 9 - прибор лазерный; 10 - направляющий центратор; 11 - гидромониторы; 12 - лазерное окно; 13 - лазерный луч; 14 - нефтегазовый пласт (коллектор).

Лазерная гидравлическая щелевая перфорация скважины производится следующим образом.

Лазерный гидравлический щелевой перфоратор спускается до заданного интервала планируемой перфорации на колонне насосно-компрессорной трубы (НКТ) 5, или на каротажном кабеле (не показано), процесс происходит при использовании электрической энергии. При условии, что нефтегазоносный пласт коллектор 14 спекается (кольматируется) при t° до 1500°С, перфоратор с лазерным прибором 9 спускается до заданного уровня планируемой перфорации на колонне насосно-компрессорной трубы 5. При спуске перфоратора на колонне НКТ 5, параллельно производится спуск электрического кабеля 6 типа КРБК, который клямсуется крепежными поясами 4 к колонне НКТ 5.

После чего лазерный прибор 9 подгоняется к подошве интервала перфорации и при постоянной подаче электроэнергии в 320 вольт происходит перемещение лазерного прибора вдоль колонны, производится щелевая резка эксплуатационной колонны 3 скважины 1 и частично заколонного цемента 2. Далее лазерный прибор 9 отключается и при помощи насосных агрегатов подается жидкость в НКТ, над лазерным прибором 9 располагаются гидромониторы 11, которые центрируются при помощи направляющих центраторов 10, которые под давлением гидравлического клина-отклонителя 8 попадают строго в щели, прорезанные лазером.

При достижении давления от 100 до 200 атм создается режущая струя жидкости, которая с большой скоростью разрушает своим напором вдоль образовавшейся перфорационной щели остатки цементного камня и породу за эксплуатационной колонной и намывает каверну по всей длине щели.

После чего производится срезка сбивного клапана 7 с применением специального приспособления для уравновешивания жидкости в насосно-компрессорных трубах и затрубном пространстве, также срезка клапана 7 служит для исключения «сифона» из насосно-компрессорных труб 5 в процессе подъема перфоратора после окончания перфорации.

При работе лазерно-гидравлическим перфоратором, вес колонны НКТ остаются на уровне собственного, в отдельных случаях максимальным превышением веса может быть 2 т, что позволяет работать стандартной колонной НКТ марки металла «К» на скважинах до 4000 м.

При этом на эксплуатационную колонну не оказывается ударного воздействия, что позволяет сохранить целостность заколонного цемента, исключается возможность неконтролируемого случайного попадания в водоносный пласт, исключается уплотнение стенок получаемого отверстия и обеспечивается полное удаление загрязнений из призабойной зоны.

Использование заявляемого технического решения позволяет:

- проводить щадящее вскрытие пласта, безударное, сохранить заколонный цемент выше и ниже интервала перфорации;

- обеспечить точность вскрытия пласта;

- создать перфорацию любой площади;

- сократить временя на проведение перфорации;

- увеличить проникающую глубину перфорации;

- обеспечить ширину щели от 2,5 см и более, соответственно, большее сообщение с пластом;

- имеется возможность намыва каверн, после прожигания, для увеличения диаметра каверны.