способ ориентирования кумулятивного перфоратора в скважине и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ проведения прострелочно-взрывных работ в скважинах, включающий транспортировку на кабеле в требуемый интервал скважины кумулятивного перфоратора, его ориентирование, последующее срабатывание кумулятивных зарядов перфоратора и образование в обсадной колонне и горной породе сориентированных в требуемом положении каналов для притока флюида, отличающийся тем, что перед транспортировкой в требуемый интервал к перфоратору для обеспечения требуемого положения в скважине присоединяют гравитационный ориентатор, выполненный со смещением центра тяжести, при этом фиксируют положение гравитационного ориентатора относительно перфоратора и зарядов, посредством гравитационного ориентатора и кабеля осуществляют ориентацию в скважине перфоратора перед его срабатыванием.

2. Кумулятивный перфоратор, содержащий несущую конструкцию с кумулятивными зарядами, спускаемый на кабеле в скважину, отличающийся тем, что дополнительно содержит тело гравитационного ориентатора, которое выполнено со смещением центра тяжести и прикреплено к перфоратору с возможностью фиксации положения гравитационного ориентатора относительно перфоратора и зарядов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к кумулятивным перфораторам для придания заданного положения в скважине.

Известен способ транспортировки и ориентации кумулятивных зарядов, расположенных в зарядных трубках, /RU 228150 С2, МПК⁷ Е21В 43/119, Е21В 43/117, Е21В 47/00, Е21В 47/02, опубл. 10.12.2004/, при котором осуществляют эксцентрическое утяжеление одного или нескольких компонентов колонны корпусного перфоратора для ориентации кумулятивных зарядов в заданном направлении и транспортируют один или нескольких компонентов колонны перфоратора в скважине на инструментальной колонне, при этом между одним или несколькими компонентами колонны корпусного перфоратора и инструментальной колонной размещают переходник, имеющий колеса для облегчения транспортировки одного или нескольких компонентов колонны корпусного перфоратора в скважине и поворотный кожух для обеспечения возможности поворота одного или нескольких компонентов колонны корпусного перфоратора независимо от инструментальной колонны.

Известен ориентированный стреляющий перфоратор (варианты), содержащий один или большее число кумулятивных зарядов, имеющих оболочку, корпус заряда и зарядную трубку /RU 2241823 С2, МПК⁷ Е21В 43/119, Е21В 43/117, Е21В 47/00, Е21В 47/02, опубл. 10.12.2004/. При этом одна или более составных частей перфоратора эксцентрично утяжелены, а у других одной или более составных частей эксцентрично удален или добавлен материал.

К причине, снижающей привлекательность и эффективность указанных изобретений /RU 2241823 С2, RU 228150 С2/ можно отнести сложность способов ориентирования перфоратора, которая заключается в следующем:

Транспортировку перфораторов с зарядами в требуемый интервал и их ориентацию в скважине производят на насосно-компрессорных трубах (рабочая колонна штанг, инструментальная колонна) с использованием вертлюга для поворота, что ведет к значительным материально-техническим затратам.

Эксцентричное удаление материала из компонентов перфорационной системы (заряд, корпус, зарядная трубка) и добавление материала - мероприятие не удобное и затратное для серийного производства перфораторов. Более того, изменение эксцентриситета путем удаления части материала из какой-либо составной части перфоратора может привести к изменению его надежности и снизить прочность конструкции.

При расположении грузов снаружи корпуса перфоратора требуется применение эксцентрично утяжеленной поворотной зарядной трубки для поворота зарядов внутри корпуса перфоратора, что так же усложняет конструкцию и при использовании перфоратора с выемками на корпусе, под прожигаемые кумулятивными зарядами отверстия, снизится точность попадания прожигающей струи кумулятивного заряда в выемку на корпусе, что может привести к прихватыванию перфоратора к обсадной колонне. Наибольшую точность совпадения выемок на корпусе перфоратора с направлением зарядов обеспечивает перфоратор со стационарной зарядной трубкой. При варианте применения перфоратора со стационарной зарядной трубкой требуется окружить часть кумулятивных зарядов ориентирующими грузами, что является также затратным и неудобным способом, так как после отстрела перфоратора зарядную трубку с ориентирующими грузами повторно использовать невозможно, следовательно, изготовление такой трубки предназначено для одноразового применения.

Известен отклонитель-ориентатор, включающий корпус с клиновой поверхностью в виде желоба и фиксатор для крепления и установки отклонителя на требуемой отметке ствола скважины /RU 2167251 С1, МПК⁷ Е21В 7/08, опубл. 20.05.2001/. Отклонитель выполнен эксцентричным со смещением центра тяжести относительно собственной оси за счет эксцентричности отдельных составляющих и их элементов или за счет уменьшения или увеличения площади поперечного или продольного сечения, а также за счет разницы удельного веса композиционных материалов, устанавливаемых и располагаемых в зависимости от требуемого азимута ориентирования. Отклонитель бросают в скважину, предварительно рассчитав направление ориентации.

Известен комплекс для ориентированной щелевой перфорации обсаженных скважин /RU 39165 U1, МПК⁷ Е21В 43/114, опубл. 22.07.2004/. Комплекс включает устройство для щелевой перфорации, устройство для азимутального ориентирования режущего диска перфоратора в скважине, выполненного в виде посадочного узла, присоединенного нижним концом к устройству для щелевой перфорации, а верхним концом - к колонне насосно-компрессорных или буровых труб, и скважинный инклинометрический прибор, опущенный на геофизическом кабеле с возможностью ориентирования его относительно оси комплекса в посадочном узле строго определенным образом.

К причинам, препятствующим эффективному достижению технического результата известным комплексом, относятся: сложность метода ориентирования, осуществление спуска насосно-компрессорных или буровых труб и их вращение для принятия заданного положения.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка способа и ориентирующего устройства с возможностью многократного использования, позволяющего с минимальными затратами времени и средств по сравнению с известными методами ориентирования (ориентирование на насосно-компрессорных трубах или еще более дорогостоящий способ - на колтюбинге) произвести ориентирование кумулятивного перфоратора в скважине, придав ему требуемое положение.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении эффективности обеспечения требуемого положения кумулятивного перфоратора в скважине (ориентирования) при проведении прострелочно-взрывных работ за счет автоматического ориентирования перфоратора при транспортировке на кабеле, а также в сокращении затрат времени и средств на его ориентирование.

Указанный технический результат по объекту - способ достигается тем, что в способе проведения прострелочно-взрывных работ в скважинах, включающем транспортировку на кабеле в требуемый интервал скважины кумулятивного перфоратора, его ориентирование, последующее срабатывание кумулятивных зарядов перфоратора и образование в обсадной колонне и горной породе сориентированных в требуемом положении каналов для притока флюида, особенностью является то, что перед транспортировкой в требуемый интервал к перфоратору для обеспечения требуемого положения в скважине присоединяют гравитационный ориентатор, выполненный со смещением центра тяжести, при этом фиксируют положение гравитационного ориентатора относительно перфоратора и зарядов, посредством гравитационного ориентатора и кабеля осуществляют ориентацию в скважине перфоратора перед его срабатыванием.

Указанный технический результат по объекту - устройство достигается тем, что в кумулятивном перфораторе, содержащем несущую конструкцию с кумулятивными зарядами, спускаемом на кабеле в скважину, особенностью является то, что он дополнительно содержит тело ориентатора, которое выполнено со смещением центра тяжести и прикреплено к перфоратору с возможностью фиксации положения гравитационного ориентатора относительно перфоратора и зарядов.

Так как наклонно-направленная скважина в каждом интервале имеет свой угол и направление наклона, которые измерены и известны, то гравитационный ориентратор до спуска в скважину присоединяется к кумулятивному перфоратору таким образом, чтобы гравитационный ориентатор в конце спуска под действием гравитационных сил развернул и установил в требуемое положение спускаемый на кабеле кумулятивный перфоратор.

На фиг.1 изображен кумулятивный перфоратор с ориентатором, на фиг.2 - перфоратор с ориентатором, спущенный в скважину.

Кумулятивный перфоратор содержит корпус 1, в котором расположены стационарная по отношению к корпусу зарядная трубка 2 и кумулятивные заряды 3, и ориентатор 4 со смещенным центром тяжести относительно оси перфоратора.

Как один из вариантов присоединения гравитационного ориентатора 4 к перфоратору возможно использование фиксирующего переходника 5, который их соединяет и фиксирует положение гравитационного ориентатора 4 относительно перфоратора и зарядов.

Гравитационный ориентатор 4 может быть прикреплен к верхней и/или нижней части спускаемого на кабеле 6 в скважину 7 перфоратора любым известным способом, например, при помощи резьбовых, штифтовых и шлицевых соединений, муфт, патрубков и переходников. Гравитационный ориентатор 4 является устройством многократного использования, так как не подвержен воздействию взрыва.

Гравитационный ориентатор 4 предназначен для ориентирования, т.е. придания заданного положения спускаемым на геофизическом кабеле в наклонно-направленные скважины устройствам (например, кумулятивному перфоратору). В качестве гравитационного ориентатора 4 может быть использована, например, труба с насыпанным сыпучим или залитым жидким, или любым другим материалом, размещенным экцентрично в трубе, т.е. центр тяжести размещенного материала смещен относительно центра тяжести самой трубы.

Способ проведения прострелочно-взрывных работ в скважинах осуществляется следующим образом.

К перфоратору на поверхности или у устья скважины прикрепляют гравитационный ориентатор 4, причем крепление к перфоратору производят таким образом, чтобы гравитационный ориентатор 4 в конце спуска под действием гравитационных сил развернул и установил в требуемое положение спускаемый на кабеле 6 кумулятивный перфоратор.

На кабеле 6 осуществляют транспортировку в требуемый интервал скважины 7 кумулятивного перфоратора. В конце спуска под действием гравитационных сил ориентатор 4 посредством кабеля 6 разворачивает и устанавливает в требуемое положение спускаемый на кабеле 6 кумулятивный перфоратор.

Осуществляют инициирование для срабатывания кумулятивных зарядов перфоратора. При этом каналы для притока флюида в обсадной колонне и горной породе сориентированы в требуемом положении.

Пример решения задачи ориентирования:

Заданное положение кумулятивных зарядов 3 может быть любым от 0° до 360°. Например, кумулятивные заряды 3 в кумулятивном перфораторе расположены под определенным углом 180° относительно друг друга. Угол и направление наклона скважины 7 в заданном интервале известны. В зависимости от геолого-технических условий и характеристик скважины выбирается направление расположения перфорационных каналов (их ориентация) в скважине. После выбора направления расположения каналов к кумулятивному перфоратору присоединяют и фиксируют гравитационный ориентатор 4 для того, чтобы ориентатор своим эксцентриситетом под действием гравитационных сил и посредством кабеля 6 прижался к стенке обсадной колонны скважины 7 по направлению ее наклона. Зная интервал, угол и направление наклона скважины в заданном интервале, и соответственно направление, в котором развернет перфоратор гравитационный ориентатор после спуска на кабеле, можно точно определить угол фиксации ориентатора относительно зарядов перфоратора перед установкой ориентатора.

Например, по геологическим данным (исследования керна) установлена линия наименьшего сопротивления гидроразрыву пласта, сориентированная СЗ 300°-ЮВ 120°. Перед спуском в скважину к перфоратору присоединяют гравитационный ориентатор и фиксируют в заданном положении. То есть, между осью направления гравитационного ориентатора 4 и осью направления кумулятивных зарядов 3 устанавливается угол 60°.

После первой перфорации (спуск, ориентирование, отстрел, подъем) можно снова произвести повторную (повторный спуск, ориентирование, отстрел, подъем) скважины в этом же интервале, при этом применяя гравитационный ориентатор, можно добиться либо гарантированного попадания кумулятивных струй зарядов в уже полученные каналы, либо, задав угол их смещения относительно первых каналов, получить нужное расположение каналов, с гарантированной точностью расположения при следующих перфорациях (например, 45° относительно каналов полученных при первой перфорации).