Ударное устройство для перфоратора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 17896 и 1. ОПИСАК АВТОРСК НИЕ Т ИДЕТЕЛ Ь СТВУ й арВ Одори ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(71) Северо-Кавказский государственннаучно-исследовательский и проектныйститут нефтяной промышленности(54) УДАРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРФРАТОРА(57) Изобретение относится к нефтегазобывающей помышленности, в частностпластоиспытательному оборудованиютрубах. Устройство содержит полый кор1 с радиальными отверстиями 4 и 5. Вну Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к пластоиспытательному оборудованию на трубах,В последние годы все большее применение в практике промысловых работ находит технология испытания перспективных горизонтов под депрессией с применением пластоиспытательного оборудования на трубах. Такая технология позволяет вызвать приток и испытывать пласт, практически исключая контакт с промывочной жидкостью скважины, в результате чего повышается достоверность результатов испытания обьекта, Для практического осуществления такой технологии в компоновку пластоиспытая)5 Е 21 В 43/116 полого корпуса 1 выполнен кольцевой выступ 10, Устройство имеет полый шток 12 с радиальными отверстиями 13 и детонатором 20, установленную соосно внутри корпуса 1 ударную штангу 15 с цилиндрическими фиксаторами 16 и бойком 19. В полости между корпусом 1 и штоком 12 установлен кольцевой уравновешенный поршень 21 с цанговым фиксатором 22, ступенчатый кольцевой уравновешенный поршень 24 с подпружиненными защелками 25. На наружной поверхности штока 12 выполнены кольцевые выступы 14 со скошенными нижними гранями. При этом ступенчатый кольцевой уравновешенный поршень 24 размещен"в полости между корпусом 1 и полым штоком 12 и образует газовую камеру Д в полом корпусе 1 между кольцевымуравновешенным поршнем 21 и ступенчатым кольцевым уравновешенным поршнем24,6 ил,тельного оборудования добавляется блок перфораторов с запальной головкой (детонатором), которые устанавливаются под пакерующим устройством после фильтра. Определенные трудности в осуществлении такой технологии заключаются в приведении в действие перфоратора в нужный момент времени. В решении этой проблемы наметилось два направления.В первое направление входят устройства, в которых приведение в действие перфоратора, т.е, воздействие на запальную головку (детонатор), осуществляется за счет кинетической энергии удара штанги, сбрасываемой с устья скважины или с определенной глубины внутрь колонны труб, При5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 установке штанги,например, ниже пластоиспытателя для ее освобождения используется избыточное давление, создаваемое в трубах,или перепад давления между внутри- трубным и затрубным давлением, Недостатком указанного устройства являются с, одной стороны определенные ограничения в их применении по причине необходимости создания давления в трубах путем нагнетания газообразного агента, или использования прямоточного пластоиспытательного оборудования, наличие которого в СССР ограничено. С другой стороны указанные устройства недостаточно надежны из-за возможного выпадения осадка механических частиц на голову детонатора из промывочной жидкости скважины при разрушении ее структурных свойств (сникение сдвига, вязкости). В этом случае возникает пробка из осадка над детонатором, в которой падающая штанга останавливается не достигнув головы детонатора. Во второе направление, более перспективное, входятустройства, в которых воздействие на детонатор оказывает ударный механизм, приводимый в движение давлением жидкости, находящейся в скважине или внутри труб, на которых спускается оборудование для испытания объекта в скважине, Такой ударный механизм, как правило, расположен прямо над головой детонатора и исключает какое-либо влияние на его работоспособность, осадок механических частиц, выпадающих из жидкости, находящейся в скважине. Известно скважинное устройство для привода в действие перфоратора, содеркащее корпус. расположенный внутри корпуса запальник (детонатор), установленный над ним ударный механизм с защелками, зафиксированный в корпусе срезными шпильками приводной поршень с тягой для освобождения защелок ударного механизма, В корпусе выполнены радиальные отверстия для сообщения кольцевого (зэтрубного) пространства скважины с полостью под фиксированным поршнем. Устройство срабатывает при изменении уровня давления в затрубном пространстве скважины, Недостатком указанного устройства является необходимость создания избыточного давления в затрубном пространстве скважины определенного уровня, что не всегда возможно из-за технического состояния обсадной колонны, кроме того требует применения специализированной техники (агрегатов), Для устранения отмеченных недостатков необходимо такое устройство, которое приводит в действие перфоратор за счет перепададавления под пакером и над пакером, возникающего в момент открытия клапана пластоиспытателя, т.е. разности давлений между давлением в затрубном пространстве скважины и давлением столба жидкости в трубах, Наиболее близко отвечает этим требованиям известное устройство "Запальный механизм, приводимый в действие давлением флюида в кольцевом пространстве скважины", принятый авторами за прототип. Устройство содержит корпус с радиальными отверстиями, внутри которого установлено запальное устройство (детонатор), расположенный над ним ударный механизм с защелками связанный с ним полый шток, для управления защелками, жестко соединенный с приводным кольцевым пор- . шнем,хрупко фиксированным в корпусе, Полость кольцевого поршня со стороны полого штока. сообщается с радиальными отверстиями в корпусе, Устройство срабатывает в ответ на повышение давления в кольцевом пространстве скважины в случае его использования без пластоиспытательного оборудования, как зто описано в патенте США Р 4655298. Однако указанное устройство может быть использовано, например, с полнопроходным пластоиспытательным оборудованием. В этом случае оно будет срабатывать в момент открытия клапана пластоиспытателя, т.е. в ответ на разность давлений между затрубным и внутритрубным, Недостатком устройства является необходимость установки корпуса устройства с приводным кольцевым поршнем над пакером, Это вызывает в свою очередь необходимость соединения этого поршня полым штоком, проходящим концентрически через ствол пакера для соединения с ударным механизмом. Наличие штока в стволе пакера сужает его проходное сечение, препятствует проведению геофизических исследований в подпакер ной зоне, искажает показатели при испытании скважин нэ потенциальный дебит, В целом, зто сникает надежность и достоверность испытания объекта в скважине,Цель изобретения - повышение надежности перфорации и обеспечение возможности использования устройства при испытании пластов по схеме "вскрытие-испытание",Указанная цель достигается тем, что известное ударное устройство для перфоратора, содержащее полый корпус с радиальными отверстиями в нижней и верхней частях, выполненный внутри полого корпуса кольцевой выступ, полый шток с радиальными отверстиями и детонатором, установленный соосно внутри корпуса, ударную штангу с цилиндрическими фиксаторами и бойком, расположенную в полом штоке, кольцевойуравновешенный поршень с цанговым фиксатором, размещенный в полости между корпусом и полым штоком с возможностью взаимодействия с цилиндрическими фиксаторами, согласно изобретению, снабжено ступенчатым кольцевым уравновешенным поршнем с подпружиненными защелками, а на нарукной поверхности полого штока выполнены кольцевые выступы со скошенными нижними гранями, при этом ступенчатый кольцевой уравновешенный поршень размещен в полости между корпусом и полым штоком и образует газовуа камеру в полом корпуса между кольцевым уравновешенным поршнем и ступенчатым кольцевым уравновешенным поршнем, подпружиненные защелки расположены с возможностью зацепления с кольцевыми выступами полого штока, причем полости полого штока,между полыми корпусом и штоком, и кольцевым уравновешенным поршнем и между полыми корпусом и штоком, и ступенчатым кольцевым уравновешенным поршнем гидравлически связаны отверстиями с внешним пространством,На фиг,1 показан общий вид устройствав разрезе в исходном положении; на фиг.2 - то же, в момент срабатывания; на фиг,З - видна фиг.1; на фиг.4 - видна фиг.1; на фиг,5 - видна фиг,4 и на фиг.б показана схема компоновки пластоиспытательного оборудования,Ударное устройство .для перфораторасодержит полый цилиндрический корпус 1, состоящий из четырех частей, скрепленных на резьбах, с присоединительными резьба- ми 2 к испытательному оборудованию и резьбой 3 к перфоратору. В корпусе 1 имеются радиальные отверстия 4 с одного конца, и отверстия 5 с другого конца. В средней части корпуса 1 выполнена диафрагменная камера с диафрагмой б.и штуцерный узел 7 с каналом 8 и резьбовой пробкой 9. В полости корпуса 1 выполнены кольцевой выступ 10 в средней части и утолщение 11. Внутрикорпуса 1 концентрично закреплен палый шток 12 с радиальными отверстиями 13 в верхней части и кольцевыми выступами 14 со скошенными нижними гранями на наружной поверхности, Во внутренней полости А штока 12 расположена ударная штанга 15, удерживаемая в подвешенном состоянии цилиндрическими фиксаторами 16; имеющими рабочую поверхность в форме усеченного конуса и уплотнительные элементы на теле цилиндрических фиксато-.ров 16, Ударная штанга 15 имеет кольцевую проточку 17 для взаимодействия с цилиндрическими фиксаторами 16, нижняя ее часть выполнена в виде поршня 18 с уплотнения ференциальная газовая камера "Д". Над35 поршнем 24 в камере "Д" свободно установдования, как показано на фиг,б. К резьбе 3 45 корпуса 1 закреплен перфоратор 28 с башмакам 29, Корпус 1 верхней резьбой 2.сае 50 55 5 10 15 20 25 30 ми и заканчивается бойком 19, В нижней части полого штока 12 на резьбе установлен соасно внутри корпусакорпус запальника с детонатором 20, связанным с перфоратором. Уекду ударной штангой 15 и детонатором 20 образована полость "Б" атмосферного давления, В полости между корпусом 1 и полым штоком 12 размещен кольцевой уравновешенный поршень 21 с цанговым фиксатором 22, выпслненный с возмокностью взаимодействия с цилиндрическими фиксаторами 16, Кольцевой уравновешенный поршень 21 удерживает в закрытом положении цилиндрические фиксаторы 16, взаимодействующие с подвешенной на них ударной штангой 15, В нижней части поршня 21 выполнена проточка 23, предотврэщающая выпадение цилиндрических фиксаторов 16 при их открытии, В полости между корпусом 1 и полым штоком 12 размещен дополнительный кольцевой уравновешенный поршень 24,. выполненный в виде ступенчатой втулки с уплотнениями, В верхней части поршня 24 установлены защелки 25, представленные на фиг.4, выполненные в виде подпрукиненных цилиндров с.треугольной формой рабочей поверхности, расположенные с возможностью зацепления с кольцевыми выступами 14 полого штока 12 и обеспечивающие перемещение поршня 24 только в одном направлении снизу-вверх. Мекду поршнем 21 и поршнем 24 образована дифлена ограничительная втулка 26, ограничивающая в заданный момент ход вверх поршня 24 упорам в утолщение 11 корпуса 1, Для предотвращения попадания осадка и постоянных предметов в корпусе 1 на штоке 12 установлена заглушка 27, Ударное устройство для перфоратора устанавливается в компоновку пластоиспытательного оборудиняется с фильтром 30, якорным устройством 31, пакером 32, испытателем пластов 33, бурильными трубами 34, На фиг.б оборудование показано в скважине, обсаженной обсадной колонной 35, за которой располокен пласт 36, подлежэщий испытанию,Ударное устройство для перфоратора работает следующим образом,Перед спуском в скважину газовая камера "Д" заполняется сжатым воздухомдавлением 8,0 МПа, которое действует на нижний торец поршня 21 с усилием, на 10- 15 меньшим усилил, необходимого для ос 1789675ствием возникшего перепада между 55давлением в полости "А" и давлением в газовой камере "Д" кольцевой уравновешенный поршень 21 уходит вверх, освобождая фиксаторы 16, Под действием перепада давления в полостях "А" и "Б" ударная штанга вобождения цангового фиксатора 22 из проточек штока 12, В случае непредвиденного освобождения цанговсго фиксатора 22 и последующего освобождения цилиндрических фиксаторов 16 ударное устройство для перфораторов не срабатывает, так как давлениенад и под ударной штангой 15 одинаковое иравно атмосферномув связи с чем усилие, создаваемое бойком 19 на запальник с детонатором 20, будет недостаточным для срабатывания детонатора 20, Собранная компоновка испытательного оборудования с ударным устройством, как показано на" фиг.6, спускает в скважину. На определеннойглубинеспуска в скважину оборудования давление в газовой камере "Д" сравняется с давлением столба бурового раствора в затрубном пространстве, В дальнейшем, по мере спуска в скважину, ступенчатый кольцевой уравновешенный поршень 24 начинает перемещаться вверх под действием усилия, передаваемого на его нижний торецдавлением столба бурового раствора в сквакине, При этом давление воздуха в газовойкамере Д будет равно текущему давлениюстолба бурового раствора в скважине, Кольцевой уравновешенный поршень 21 остаетсянеподвижным, так как на его противоположныее торцы действует давление столба бурового раствора в скважине и равное емудавление воздуха в газовой камере Д. По этой ке причине на диафрагму 6 не действует перепад давления. После спуска компоновки пластоиспытательного оборудованиядо заданной глубины включают в работуякорНое устройство 31, производят пакеровку, открывают приемный клапан испытателя пластов 33 и сообщают полость бурильных труб с подпакерной зоной, в результате чего происходит перераспределение давлений. В подпакерной зоне и связанной с ней полостью А давление становится равным гидростатическому давлению столба залитой в трубы жидкости, адавление в газовой камере Д остается равным гидростатическому давлению столба бурового раствора в скважине до открытия приемного клапана испытателя пластов, так как ступенчатый кольцевой поршень 24 не может перемещаться вниз. Указанный перепад давления не вызывает разрушения диафрагмы, так как его величина известназаранее и диафрагма оттарирована на большую величину перепада давления. Под дей 10203050 15 раздвигает, цилиндрические фиксаторы 16.и ударяет бойком 19 по детонатору 20, который приводит в действие перфоратор 28, В случае возникновения необходимости подъема оборудования вследствие негерметичности пакеровки либо по другим причинам, в затрубном пространстве создается избыточное давление, под действием которого происходит некоторое движение поршня 25 вверх до упора ограничительной втулки 26 в утолщении 11 корпуса 1, благодаря чему прекращается рост давления в газовой камере "Д" по мере давления в затрубном пространстве скважины за счет увеличения избыточного давления на устье . скважины. Под действием созданного перепада давления пДойсходит разрыв диафрагмы.6 и постоялое, сообщение газовой камеры "Д" с затрубнь)и"пространством. После зтого производят подъем компоновки испытательйого оборудования на поверхность без опасности срабатывания ударного устройства к перфоратору, Включение в ударное устройство к перфоратору дополнительного ступенчатого кольцевого уравновешенного поршня 24 и дифференциальной газовой камеры "Д" позволит повысить компактность системы ударный механизм-перфорато, и надежность ее работы, осуществлять геофизические исследования в подпакерной зоне. В целом это повысит надежность и достоверность испытания обьекта в скважине, как следствие, позволит сократить количество спусков пластоиспытательного оборудования для исследования одного и того же обьекта, Ориентировочно зкономический зффект от внедрения предлагаемого изобретения составит до 70 тыс.руб, на 100 проведенных операций.Формула изобретения Ударное устройство для перфоратора, содержащее полый корпус с радиальными отверстиями в нижней и верхней частях, выполненный внутри Полого корпуса кольцевой выступ, полый шТок с радиальными отверстиями и детонатором, установленный соосно внутри корпуса, ударную штангу с цилиндрическими фиксаторами и бойком, расположенную в полом штоке, кольцевой уравновешенный поршень с цанговым фиксатором, размещенный в полости между корпусом и полым штоком с возможностью взаимодействия с цилиндрическими фиксаторами,отл ич а ю щееся тем, что,с целью повышения надежности перфорации и обеспечения возможности использования устройства при испытании пластов по схеме вскрытие-испытание, оно снабжено ступенчатым кольцевым уравновешенным порш 10нем с подпружиненными защелками, а на наружной поверхности полого штока выполнены кольцевые выступы со скошенными нижними гранями, при атом ступенчатый кольцевой уравновешенный поршень раз мещен в полости между корпусом и полым штоком и образует газовую камеру в полом корпусе между кольцевым уравновешенным поршнем и ступенчатым кольцевым уравновешенным поршнем, подпружиненные защелки расположены с возможностью зацепления с кольцевыми выступами полого штока, причем полости полого штока между полыми корпусам и штоком и кольце вым уравновешенным поршнем и междуполыми корпусом и штоком и ступенчатым кольцевым уравновешенным поршнем гидравлически связаны отверстиями с внешним пространством.101789675 Корректор .П.Ге Редактор Т.Шаговэ Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина Заказ 335 ВНИИПИ Го тавитель П.Варларед М.Моргентал Тиражтвенного комитета по изобретени 113035, Москва, )К, Раушская дписноеи открытиям при ГКНТ СССРб 4/5