RU2182961C2 - Well boring perforator - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas producing industry, particularly, devices used in perforation of producing formations. SUBSTANCE: well boring perforator includes a cylindrical body, body hanger in the form of logging cable, drill in the form of hollow rod with a milling cutter at its end, rotary unit, unit for drill feed to well wall and unit for oriented turning of drill. The latter is accommodated inside the body and made in the form of Maltese crosses. Its inlet link is connected with the drill feed unit. The perforator has a flushing unit for supply of mud to zone of rock drilling by a drill through its hollow rod and also a mechanism of pressing the body to well wall. Body part accommodating the drill feed unit, rotation transmission unit and unit of drill oriented turning is installed for full turning round central axis of the body. The drill rod is made in the form of assembled branch pipes with connecting members at their ends located in holders and supplied to the drill feed unit with the help of a divider. EFFECT: increased depth of boring of perforation channels. 9 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам, используемым при вторичном вскрытии продуктивных пластов, сначала перфорацией стенок обсадной колонны, а затем и породы пласта сверлением. The invention relates to the oil and gas industry, in particular to devices used in the secondary opening of productive formations, first by perforating the walls of the casing, and then the formation rock by drilling.

Известен сверлящий керноотборник типа СКМ-8-9 (см. статью Филиди Г.Н. и др. "Многоотборный сверлящий керноотборник СКМ-8-9, Нефтяное хозяйство, 1979, 2, с. 16-18), включающий комплект из скважинного прибора и наземной аппаратуры. Скважинный прибор-керноотборник состоит из взаимосвязанных механических, гидравлических и электрических систем. В корпусе керноотборника размещен электродвигатель, к которому подается постоянный ток по жилам каротажного кабеля. Электродвигатель через масляный насос создает давление в гидросистеме. Known drilling core sampler type SKM-8-9 (see article Filidi G.N. et al. "Multi-selection drilling core sampler SKM-8-9, Oil Industry, 1979, 2, p. 16-18), including a set of downhole tool and ground equipment. The borehole core-sampling device consists of interconnected mechanical, hydraulic and electrical systems. In the core-body of the core-sampler there is an electric motor, which is supplied with direct current through the wires of the logging cable. The electric motor through the oil pump creates pressure in the hydraulic system.

Бур, прижимной механизм и другие узлы приводятся в движение давлением масла или с помощью электродвигателя. Управление работой скважинного прибора осуществляется с пульта управления, размещенного на поверхности земли. The drill, clamping mechanism and other components are driven by oil pressure or by an electric motor. The operation of the downhole tool is controlled from a control panel located on the surface of the earth.

Известен также сверлящий скважинный перфоратор (см. патент РФ 2058477, 6 Е 21 В 43/114, опубл. БИ 11, 1996 г.), содержащий цилиндрический корпус, подвеску корпуса в виде каротажного кабеля, масляный насос, выдвижной бур и механизмы выдвижения бура и прижатия корпуса перфоратора к стенке скважины. Also known is a borehole perforator (see RF patent 2058477, 6 E 21 B 43/114, publ. BI 11, 1996), comprising a cylindrical body, a body suspension in the form of a wireline cable, an oil pump, a retractable drill and drill extension mechanisms and pressing the perforator body against the well wall.

Указанное устройство по технической сущности более близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа. The specified device by technical nature is closer to the proposed one and can be adopted as a prototype.

Общим недостатком как аналога, так и прототипа является то, что они не позволяют создавать каналы перфорации необходимой глубины из-за конструктивных особенностей устройств. При этом глубина сверления не превышает диаметра скважины. Тогда как глубина проникновения фильтрата бурового раствора достигает до 1,5-2 м и более, что являясь экраном, резко снижает проницаемость пор коллектора и препятствует притоку продукции пласта в скважину и в результате низкий дебит скважины даже в самом начале ее эксплуатации. A common drawback of both the analogue and the prototype is that they do not allow the creation of perforation channels of the required depth due to the design features of the devices. Moreover, the drilling depth does not exceed the diameter of the well. While the penetration depth of the drilling fluid filtrate reaches up to 1.5-2 m or more, which, being a screen, sharply reduces the pore permeability of the reservoir and prevents the flow of formation products into the well and, as a result, the low flow rate of the well even at the very beginning of its operation.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства, позволяющего обеспечить сверление перфорационных каналов в породе пласта на глубину проникновения фильтрата бурового раствора и более, например до трех метров. The objective of the present invention is to provide a device that allows you to drill perforation channels in the formation rock to a depth of penetration of the mud filtrate and more, for example up to three meters.

Поставленная задача решается описываемым сверлящим скважинным перфоратором, включающим цилиндрический корпус, подвеску корпуса в виде каротажного кабеля, бур в виде полого стержня с фрезой на конце, узел вращения и узел подачи бура к стенке скважины и механизм прижатия корпуса к стенке скважины. The problem is solved by the described borehole perforator, including a cylindrical body, a body suspension in the form of a wireline cable, a drill in the form of a hollow core with a cutter at the end, a rotation unit and a drill feed unit to the well wall and a mechanism to press the body against the well wall.

Новым является то, что стержень бура выполнен в виде составных патрубков с соединительными элементами, размещенных в кассетах, и подаваемых к узлу подачи бура с помощью делителя, кинематически связанного с валом двигателя через редукторы, причем перфоратор дополнительно снабжен узлом ориентированного поворота бура, размещенным внутри корпуса и выполненным, например, в виде мальтийских крестов, входное звено которого связано с узлом подачи бура, при этом часть корпуса с размещенными в нем узлами подачи бура и передачи вращения, а также и узлом ориентированного поворота установлена с возможностью полного поворота вокруг центральной оси корпуса. Другим отличием является и то, что перфоратор снабжен узлом промывки для подачи промывочной жидкости в зону разрушения породы буром через полый стержень последнего. What is new is that the drill rod is made in the form of composite nozzles with connecting elements located in cassettes and supplied to the drill feed unit using a divider kinematically connected to the motor shaft through gearboxes, and the hammer drill is additionally equipped with an orientated drill rotation unit located inside the housing and made, for example, in the form of Maltese crosses, the input link of which is connected to the drill feed unit, while part of the housing with the drill feed and rotational transmission units located in it, as well as evil oriented pivot mounted to complete the rotation around the central axis of the housing. Another difference is that the perforator is equipped with a washing unit for supplying washing liquid to the rock destruction zone with a drill through the hollow core of the latter.

Перечисленные отличительные признаки сверлящего скважинного перфоратора не являются идентичными и эквивалентными в сравнении со сходными признаками обнаруженных аналогов, в том числе и прототипа, и позволяют получить новый положительный эффект, не свойственный известным сверлящим скважинным перфораторам, заключающийся в получении перфорационного канала в породе любой заданной глубины, например до двух или трех метров, т.е. на глубину проникновения фильтрата буровых или цементных растворов, что позволяет сделать вывод о соответствии отличительных признаков критерию "существенные отличия" изобретения, а также о соответствии совокупности существенных признаков к критерию "изобретательский уровень". The listed distinctive features of a drilling downhole perforator are not identical and equivalent in comparison with similar features of the discovered analogues, including the prototype, and allow you to get a new positive effect that is not characteristic of known drilling downhole perforators, which consists in obtaining a perforation channel in the rock of any given depth, for example, up to two or three meters, i.e. the depth of penetration of the filtrate of drilling or cement slurries, which allows us to conclude that the distinguishing features meet the criterion of "significant differences" of the invention, as well as the compliance of the essential features to the criterion of "inventive step".

Исследования по патентной, а также научно-технической литературе по фонду института "ТатНИПИнефть" показали, что вышеприведенная совокупность существенных признаков предложения является новой и ранее не использовалась, что в свою очередь позволяет сделать заключение о соответствии технического решения критерию новизны. А его промышленная применимость не вызывает сомнения и вытекает из описания конструкции перфоратора и его работы. Studies on the patent as well as scientific and technical literature on the foundation of the TatNIPIneft Institute have shown that the above set of essential features of the proposal is new and has not been used before, which in turn allows us to conclude that the technical solution meets the novelty criterion. And its industrial applicability is not in doubt and follows from the description of the design of the punch and its operation.

Устройство поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображена кинематическая схема утройства;
на фиг.2 - узел подачи бура и промывки и делитель составных патрубков;
на фиг.3 - разрез фиг.2, где показаны кассеты для хранения составных патрубков, составляющих стержень бура 2, а также шпиндель 8 для передачи вращения к буру 2;
на фиг. 4 - сечение по Е-Е фиг.3, где показано расположение кассет с размещенными в них патрубками;
на фиг. 5 - сечение фиг.2 по Д-Д, где показано расположение шпинделя подачи бура с размещенным внутри него полым валом, а также рама для подачи бура в поступательном направлении;
на фиг. 6 - сечение фиг.2 по Г-Г, где показан насос для осуществления промывки и связанный с ним профильный кулачок;
на фиг.7 - разрез фиг.2 по В-В, где показан узел вращения и подачи бура;
на фиг.8 - сечение фиг.7 по Б-Б, рама для подачи бура;
на фиг.9 - узел ориентированного поворота узла подачи бура.The device is illustrated by drawings, where
figure 1 shows the kinematic diagram of the device;
figure 2 - site feed drill and flushing and the divider of the composite pipes;
figure 3 is a section of figure 2, which shows the cassette for storing composite pipes that make up the core of the drill 2, as well as the spindle 8 for transmitting rotation to the drill 2;
in FIG. 4 is a cross-section along EE of FIG. 3, which shows the location of the cassettes with the nozzles housed in them;
in FIG. 5 is a cross section of FIG. 2 in DD, where the location of the drill feed spindle with the hollow shaft located inside it is shown, as well as the frame for feeding the drill in the forward direction;
in FIG. 6 is a cross section of FIG. 2 along DG, where a pump for flushing and a profile cam associated with it are shown;
Fig.7 is a sectional view of Fig.2 according to BB, where the assembly of rotation and feed of the drill is shown;
in Fig.8 is a section of Fig.7 on BB, the frame for feeding the drill;
figure 9 - node oriented rotation of the node feed drill.

Сверлящий скважинный перфоратор содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого расположен комплекс взаимосвязанных механических, гидравлических и электрических систем, а именно, узел вращения (см. фиг.1), узел подачи бура 2, узел передачи вращения, механизм прижатия корпуса к стенке скважины, узел ориентированного поворота бура, узел промывки и узел подачи составных патрубков. Кроме того, перфоратор снабжен подвеской 3 в виде каротажного кабеля, который одновременно служит для передачи питания к электродвигателю 4. The drilling downhole perforator comprises a cylindrical body 1, inside of which there is a complex of interconnected mechanical, hydraulic and electrical systems, namely, a rotation unit (see Fig. 1), a drill feed unit 2, a rotation transmission unit, a housing pressing mechanism against a well wall, a unit oriented rotation of the drill, the flushing unit and the feed unit of the composite pipes. In addition, the perforator is equipped with a suspension 3 in the form of a logging cable, which simultaneously serves to transfer power to the electric motor 4.

Узел вращения представляет собой электрический двигатель 4 с достаточным для эффективного резания колонны и породы скоростными и мощностными характеристиками. The rotation unit is an electric motor 4 with sufficient speed and power characteristics for efficient cutting of the column and rock.

Узел передачи вращения представляет собой кинематически связанные редукторы 5, 6, 7 и шпиндель 8. The rotation transmission unit is a kinematically connected gearboxes 5, 6, 7 and spindle 8.

Узел подачи бура к стенке скважины включает профильный кулачок 9, раму 10, которые связаны кинематически между собой и двигателем 4 через редукторы 5, 6, 7, 11, 12. The drill feed unit to the borehole wall includes a profile cam 9, a frame 10, which are kinematically connected to each other and to the engine 4 through gearboxes 5, 6, 7, 11, 12.

Узел подачи составных патрубков 13 бура включают кассеты 14 для хранения составных патрубков (фиг.7), фрезы 15 и делителя 16, кинематически связанного с валом двигателя 4 через редукторы 5, 6, 11, 12, 17, которые жестко связаны с возвратно-поступательным движением шпинделя 8. The feed assembly of the composite nozzles 13 of the drill includes cassettes 14 for storing the composite pipes (Fig. 7), a milling cutter 15 and a divider 16 kinematically connected to the shaft of the engine 4 through gears 5, 6, 11, 12, 17, which are rigidly connected with the reciprocating spindle movement 8.

Механизм прижатия корпуса к стенке скважины включает подпружиненные пружинами 18 и 19 конические гайки 20 и 21 с размещенными в них подпружиненными заякоривающими подвижными штифтами 22 и 23 соответственно. The mechanism for pressing the housing against the wall of the well includes spring-loaded springs 18 and 19 conical nuts 20 and 21 with spring loaded anchor movable pins 22 and 23, respectively.

Узел промывки для подачи промывочной жидкости включает насос 24, кинематически связанный с профильным кулачком 25 с помощью вала 26 (см. фиг.1 и 6). Насос гидравлически связан с полым стержнем бура 2 через полый вал 27 (см. фиг.3), полость А. The flushing unit for supplying flushing fluid includes a pump 24 kinematically connected to the profile cam 25 using the shaft 26 (see figures 1 and 6). The pump is hydraulically connected to the hollow shaft of the drill 2 through the hollow shaft 27 (see figure 3), cavity A.

Узел ориентированного поворота бура (см. фиг.9), размещенный в корпусе, представляет из себя механизм мальтийских крестов, состоящих из несколько последовательно расположенных звеньев 28, 29, 30 и 31, входное звено 28 из которых кинематически связано с кулачком 9 узла подачи бура через редукторы 32, 12 и 11 с передаточным отношением 1:1, т.е. одному полному обороту входного звена соответствует один полный цикл узла подачи бура. The assembly of oriented rotation of the drill (see Fig. 9), located in the housing, is a mechanism of Maltese crosses consisting of several successively arranged links 28, 29, 30 and 31, the input link 28 of which is kinematically connected to the cam 9 of the drill feed assembly through gearboxes 32, 12 and 11 with a gear ratio of 1: 1, i.e. one full revolution of the input link corresponds to one complete cycle of the drill feed unit.

Следующее звено 29 совершает полный оборот, например, за 5 циклов, третье звено 30 - за 25 циклов, четвертое звено 31 - за 125 циклов. Последнее звено 31 через зубчатые колеса 33 и 34 связано с зубчатым колесом 35 корпуса 36, установленного на подшипниках 37 и 38. При этом передаточные отношения подобраны таким образом, что поворот корпуса 36, в котором размещен узел подачи бура, например, на 1/4 окружности происходит при повороте вышеуказанного звена, т. е. четвертого звена механизма мальтийского креста, на 1/5 его окружности, т. е. за один цикл работы узла подачи бура, соответствующий 125-му составному патрубку 13. Таким образом, узел ориентированного поворота бура считает циклы работы узла подачи бура и после каждого полного оборота четвертого звена 31 поворачивает узел подачи бура на 1/4 окружности относительно оси скважины и относительно кассеты 14 с загруженными в нее составными патрубками 13 бура (см. фиг.4 разрез по Е-Е). The next link 29 makes a complete revolution, for example, in 5 cycles, the third link 30 - for 25 cycles, the fourth link 31 - for 125 cycles. The last link 31 through the gears 33 and 34 is connected with the gear wheel 35 of the housing 36 mounted on bearings 37 and 38. In this case, the gear ratios are selected so that the rotation of the housing 36, in which the drill feed assembly is located, for example, by 1/4 the circumference occurs when the above link, i.e., the fourth link of the mechanism of the Maltese cross, rotates by 1/5 of its circumference, i.e., in one cycle of the drill feed unit, corresponding to the 125th composite pipe 13. Thus, the oriented rotation unit bora counts work cycles in evil of the drill feed and after each complete revolution of the fourth link 31 rotates the drill feed assembly 1/4 of the circumference relative to the axis of the well and relative to the cartridge 14 with the composite drill pipes 13 loaded into it (see Fig. 4 a section along E-E).

Сам бур выполнен из составных патрубков 13 с соединительными элементами в виде муфты и ниппеля. Со стороны муфтовой части каждые составные патрубки 13, кроме того, имеют пазы под соответствующие выступы шпинделя 8 (пазы патрубков, а также выступы на фиг.4 не изображены). The drill itself is made of composite nozzles 13 with connecting elements in the form of a coupling and a nipple. On the part of the coupling part, each composite nozzle 13, in addition, has grooves for the corresponding protrusions of the spindle 8 (grooves of the nozzles, as well as the protrusions in figure 4 are not shown).

Корпус 36 с размещенными в нем узлами вращения, подачи бура и поворота установлен с возможностью полного поворота вокруг центральной оси корпуса на подшипниках 37 и 38. The housing 36 with the nodes of rotation, feed auger and rotation located in it is mounted with the possibility of complete rotation around the central axis of the housing on bearings 37 and 38.

Сверлящий скважинный перфоратор работает следующим образом. Перфоратор в собранном виде спускают в скважину на каротажном кабеле 3 на заданную глубину в интервал продуктивного пласта. Затем с пульта управления, который находится на дневной поверхности, к электродвигателю 4 подают питание, т.е. его запускают в работу. При этом винты 39 и 40 через редукторы 5, 41 и 42 получают вращательное движение и начинают перемещать конические гайки 20 и 21. Последние в свою очередь, перемещаясь, выдвигают штифты 22 и 23, и в результате происходит фиксация корпуса 1 относительно стенки обсадной колонны, т.е. заякоривание. При этом гайки 20 и 21 выходят из зацепления с винтами 39 и 40 и удерживаются в подпружиненном состоянии пружинами 18 и 19. Далее через эти же винты вращение передается к редукторам 5, 6, 7, 11, 12 и далее к узлам вращения и подачи бура к стенке скважины через рамку 10 и кулачок 9. При этом одновременно с помощью профильного кулачка 25, вала 27, насоса 24 в полость А (см. фиг.7), затем в полость шпинделя 8 и далее через составной патрубок 13 к фрезе 15 бура подается промывочная жидкость. По мере вращения и подачи бура в поступательном направлении происходит выбуривание породы пласта. При углублении фрезы 15 бура на глубину одного составного патрубка 13, шпиндель 8 возвращается в исходное положение. Далее с помощью делителя 16 из кассеты 14 подается следующий составной патрубок, который захватывается шпинделем и своим вращательным движением соединяется с помощью ниппеля и муфты с предыдущим составным патрубком. Далее цикл повторяется. Drilling downhole drill works as follows. In the assembled form, the hammer is lowered into the well on the logging cable 3 to a predetermined depth in the interval of the reservoir. Then, from the control panel, which is located on the day surface, power is supplied to the electric motor 4, i.e. it is put into operation. In this case, the screws 39 and 40 through the gears 5, 41 and 42 receive a rotational movement and begin to move the conical nuts 20 and 21. The latter, in turn, moving, push the pins 22 and 23, and as a result, the housing 1 is fixed relative to the casing wall, those. anchoring. In this case, the nuts 20 and 21 disengage from the screws 39 and 40 and are held in a spring-loaded state by the springs 18 and 19. Then, through the same screws, rotation is transmitted to the gearboxes 5, 6, 7, 11, 12 and further to the rotation and feed units of the drill to the wall of the well through the frame 10 and cam 9. At the same time, using the profile cam 25, shaft 27, pump 24 into cavity A (see Fig. 7), then into the spindle cavity 8 and then through the composite pipe 13 to the drill cutter 15 flushing fluid is supplied. As the drill rotates and feeds in the forward direction, formation rock is drilled. When deepening the cutter 15 of the drill to the depth of one composite pipe 13, the spindle 8 returns to its original position. Next, with the help of a divider 16 from the cartridge 14, the next composite pipe is fed, which is captured by the spindle and is connected with the previous composite pipe by means of a nipple and coupling. Next, the cycle repeats.

Поскольку узел ориентированного поворота фрезы бура, выполненного, например, на базе механизма мальтийских крестов, ведет подсчет циклов работы узла подачи бура, то после сверления на заданную глубину, при котором из одной кассеты будут использованы все составные патрубки полностью, происходит поворот корпуса 36, установленного на подшипниках 37 и 38 на заданный угол. При этом шпиндель 8 подводится под следующую кассету с составными патрубками 13 и фрезой 15 бура. После этого процесс сверления следующего канала продолжается аналогично вышеописанным циклам. По окончании сверления каждого канала на заданную глубину на пульт управления об этом поступает информация. Таким образом, после сверления необходимого количества каналов двигатель включают на реверс и гайки 20 и 21 захватываются винтами 39 и 40 и освобождают штифты 22 и 23, возвращая их в исходное положение, происходит расфиксация корпуса. Далее перфоратор поднимают на поверхность. Since the assembly of oriented rotation of the drill cutter, made, for example, on the basis of the Maltese cross mechanism, counts the cycles of the drill feed assembly, after drilling to a predetermined depth at which all composite pipes will be used from one cartridge, the housing 36 installed on bearings 37 and 38 at a given angle. In this case, the spindle 8 is brought under the next cartridge with composite nozzles 13 and a drill cutter 15. After this, the drilling process of the next channel continues similarly to the cycles described above. At the end of drilling each channel to a predetermined depth, information is received about this by the control panel. Thus, after drilling the required number of channels, the engine is turned on and the nuts 20 and 21 are captured by screws 39 and 40 and the pins 22 and 23 are released, returning them to their original position, the housing is released. Next, the punch is raised to the surface.

Технико-экономическое преимущество изобретения заключается в следующем. Использование предлагаемого перфоратора позволяет получить каналы фильтрации максимальной глубины, что обеспечит ускорение освоения скважины, увеличение дебита скважины, вышедшей из бурения. Кроме того, его использование в малодебитных эксплуатируемых скважинах, где другие способы обработки призабойной зоны не дали положительных результатов, позволит не только восстановить, но и увеличить дебит скважины. Применение перфоратора в нагнетательных скважинах с целью улучшения проницаемости даст также ощутимые экономические выгоды. The technical and economic advantage of the invention is as follows. Using the proposed perforator allows you to get the maximum depth filtration channels, which will accelerate well development, increase the flow rate of the well that has left drilling. In addition, its use in marginally exploited wells, where other methods of processing the bottom-hole zone have not yielded positive results, will not only restore, but also increase the flow rate of the well. The use of a perforator in injection wells to improve permeability will also give tangible economic benefits.

Claims (1)

Сверлящий скважинный перфоратор, включающий цилиндрический корпус, подвеску корпуса в виде каротажного кабеля, бур в виде полого стержня с фрезой на конце, узел вращения и узел подачи бура к стенке скважины и механизм прижатия корпуса к стенке скважины, отличающийся тем, что стержень бура выполнен в виде составных патрубков с соединительными элементами, размещенных в кассетах, и подаваемых к узлу подачи бура с помощью делителя, кинематически связанного с валом двигателя через редукторы, причем перфоратор снабжен узлом ориентированного поворота бура, размещенным внутри корпуса и выполненным, например, в виде мальтийских крестов, входное звено которого связано с узлом подачи бура, при этом часть корпуса с размещенными в нем узлами подачи бура, передачи вращения и узлом ориентированного поворота бура установлена с возможностью полного поворота вокруг центральной оси корпуса, кроме того, перфоратор снабжен также узлом промывки для подачи промывочной жидкости в зону разрушения породы буром через его полый стержень. Drilling a downhole perforator, including a cylindrical body, a body suspension in the form of a wireline cable, a drill in the form of a hollow rod with a mill on the end, a rotation unit and a drill feed unit to the well wall and a body pressing mechanism against the well wall, characterized in that the drill rod is made in in the form of composite nozzles with connecting elements located in cassettes, and supplied to the drill feed unit using a divider kinematically connected to the motor shaft through gearboxes, and the perforator is equipped with an oriented a drill turn, placed inside the housing and made, for example, in the form of Maltese crosses, the input link of which is connected to the drill feed assembly, while a part of the housing with drill feed, rotational transmission assemblies and orientated drill rotation assembly is installed with the possibility of complete rotation around the central axis of the housing, in addition, the perforator is also equipped with a washing unit for supplying washing liquid to the rock destruction zone with a drill through its hollow rod.

Images