Сверлящие перфораторы с электрогидравлической системой и логическим управлением

Перфорация является важным элементом при строительстве скважины и её эксплуатации, т.к. должна осуществлять качественную связь пласта коллектора со скважиной. От качества проведения перфорации зависит создание оптимальных режимов эксплуатации, продолжительность работы скважины, её дебит, обводненность продукции и последующее безаварийное проведение различных геолого-технических мероприятий и технологических операций. Способ перфорации обсадной колонны должен обеспечивать создание перфорационных каналов, позволяющих без осложнений длительное время и с полной отдачей эксплуатировать продуктивный пласт [1, с. 81].

В настоящее время существует два основных типа перфорации: кумулятивными зарядами и механические методы вскрытия колонн. Существует большое количество типов механических перфораторов: сверлящие, прокалывающие, гидромеханические, пластические и т.д. На рис. 1 [2, 3, 4, 5, 6] приведена классификация выпускаемых перфораторов для проведения вторичного вскрытия пластов.

Основные параметры и характеристики перфораторов, определяющие выбор определенной модификации, приведены на рис. 2.

Для создания притока нефти в обсадной колонне и окружающем её цементном кольце против нефтеносного пласта создают ряд отверстий, обеспечивающих сообщение между пластом и скважиной [7, с. 32].

Применяемая в настоящее время кумулятивная перфорация не обеспечивает совершенной гидродинамической связи продуктивного пласта со скважиной. Это связано и с высокими ударными нагрузками, температурой, неэффективностью срабатывания зарядов, что приводит к разрушению крепления скважины, её преждевременному обводнению.

Наиболее продуктивно использование сверлящей перфорации. При таком вскрытии продуктивный пласт остается закрытым цементным кольцом (за исключением точки вскрытия), а углубления в пласт для преодоления закольматированной зоны практически нет [8].

Широкое применение сверлящей перфорации при проведении вторичного вскрытия пластов сдерживается в настоящее время отсутствием комплексных теоретических и экспериментальных исследований в этой области. Недостаточный уровень проработки конструктивно-компоновочных схем обуславливает низкую производительность и высокую аварийность работ. Жесткие требования, предъявляемые к габаритным показателям скважинных перфораторов, обуславливают необходимость использования серийного и оригинального гидрооборудования высокой компактности.

Недостаточный уровень проработки инженерных методик моделирования параметров и характеристик средств перфорации обсаженных скважин также определяет актуальность и необходимость работ, посвященных проектированию сверлящих перфораторов.

Одним из наиболее перспективных вариантов решения проблем повышения качества и производительности работ, связанных с проведением перфорации в обсаженных скважинах, представляется разработка многоразового сверлящего перфоратора с электрогидравлической системой и логическим управлением. Необходимо провести аналитический обзор существующих схемных решений конструктивно-компоновочных схем, разработать соответствующие принципиальные схемы, математические модели и методики расчета статических и динамических характеристик.

Компоновочная схема сверлящего перфоратора приведена на рис. 3.

Аппаратура состоит из скважинного прибора и наземных блоков управления, размещаемых в каротажной станции или подъемнике. Электрогидравлическая система перфоратора обеспечивает высокие усилия фиксации сверлящего перфоратора в стволе скважины. Вращение бурового инструмента реализуется с помощью гидромотора, что, в совокупности с высокими усилиями фиксации перфоратора в скважине, обеспечивает независимость частоты вращения бура от нагрузки на нем и, как следствие, более высокую производительность работ и ресурс инструмента. В состав сверлящего гидроперфоратора входит гидроаккумулятор, который обеспечивает расфиксацию аппаратуры при отключении питания от наземного модуля, таким образом, снижается вероятность возникновения аварийных ситуаций и работ, связанных с их последствиями, повышается производительность работы сверлящего перфоратора. Использование современной логической системы управления позволяет получать информацию о процессе перфорирования в режиме реального времени.

Особенностью конструктивного исполнения сверлящего перфоратора является модульность конструкции, обеспечивающая быструю перенастройку оборудования для работы на скважинах различных размеров.

Принципиальная гидравлическая схема сверлящего перфоратора приведена на рис. 4.

В таблице 1 приведены основные технические характеристики разрабатываемого сверлящего перфоратора.

Таблица 1

Основные технические характеристики разрабатываемого сверлящего перфоратора

В результате, влияние масштабного фактора в сочетании с широким диапазоном изменения гидростатического давления и температуры определяет сложный и неоднозначный характер физических и гидродинамических процессов, протекающих в проточной части при функционировании сверлящего перфоратора. Для описания этих процессов разрабатывается математическая модель сверлящего перфоратора. Уравнения математической модели позволят оптимизировать в процессе отладки модели ряд конструктивных и технических параметров элементов и систем перфоратора.

Литература:

1. Яруллин Р. К., Филиди Г. Н. Об эффективности вскрытия пласта перфорацией: НТВ Каротажник / Р. К. Яруллин, Г. Н. Филиди. – Тверь: АИС, 1998. – вып. 49.
2. Электрические машины ударного и ударно-вращательного действия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://stroy-technics.ru/article/elektricheskie-mashiny-udarnogo-i-udarno-vrashchatelnogo-deistviya.
3. ОАО НПП ВНИИГИС. Прямые методы каротажа скважин [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.vniigis.bashnet.ru/razr_pmks.shtml.
4. Гидромеханическая щелевая перфорация [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/5511.html.
5. Горная энциклопедия. Кумулятивный перфоратор [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.mining-enc.ru/k/kumulyativnyj-perforator/.
6. ОАО Азимут. Сверлящие перфораторы - безопасные технологии вторичного вскрытия пластов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.azimut-spe.ru/tehnology/perfor.htm.
7. Сулейманов, А. Б., Карапетов, К. А., Яшин, А. С. Техника и технология капитального ремонта скважин / А. Б. Сулейманов, К. А. Карапетов, А. С. Яшин. – М.: Недра, 1987. – 320 с.
8. Информационно-измерительные системы в бурении. Новые способы вторичного вскрытия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.masters.donntu.edu.ua/2006/ggeo/stadnyuk/library/art%2002.htm.