Гидромониторный узел щелевого перфоратора

 

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в устройствах для щелевой перфорации обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах. Обеспечивает повышение эффективности гидромониторного разрушения горной породы вдоль щели и работоспособности гидромониторного узла щелевого перфоратора. Сущность изобретения: гидромониторный узел включает нижний поршень силового блока цилиндров, промывочный канал с клапанным узлом, гидромониторный канал, связанный с гидромониторной насадкой, выдвижную консоль. Согласно изобретению нижний поршень силового блока цилиндров выполнен в одном блоке с расположенным сверху держателем пружины растяжения и клапанным узлом промывочного канала, а снизу - с выдвижной консолью. В последней по центру расположен промывочный канал, связанный в транспортном положении с внешним пространством перфоратора, и один или несколько гидромониторных каналов, расположенных между внутренней стороной пружины растяжения и клапанным узлом промывочного канала по периметру окружности с центром на оси поршня, сходящихся у входа в гидромониторную насадку. Последняя имеет корпус и твердосплавную конусную втулку с переменным сечением проходного канала, зафиксированную в этом корпусе пружинным кольцом. Корпус с гранями под ключ и установочной резьбой с помощью ножевого уплотнения герметично установлен в корпусе консоли под углом к оси перфоратора, обеспечивающим направление гидромониторной струи в щель обсадной трубы. Клапанный узел промывочного канала оборудован сменным твердосплавным двусторонним седлом для бросового запорного элемента. Нижний конец консоли оборудован опорной поверхностью для поворотных кулис, выдвигающих накатный ролик. При этом ось, соединяющая их с консолью и воспринимающая реактивное усилие от гидромониторной струи, размещена в пазах, параллельных оси перфоратора, и закреплена от радиального перемещения другими съемными пластинами, размещенными с внешней стороны опорных пластин. Поверхность консоли, контактирующая с внутренней стенкой корпуса перфоратора, имеет цилиндрическую поверхность, диаметр которой равен внутреннему диаметру этого корпуса. 4 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано в конструкциях устройств для щелевой перфорации обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах.

Известны гидромониторные узлы в щелевых перфораторах, включающих промывочный канал с клапанным узлом и гидромониторный канал с гидромониторной насадкой (RU 2180038 С1, 27.02.2002, RU 2039220 С1, 09.07.1995, RU 22962 U1, 10.05.2002).

Недостатками этих узлов является то, что при использовании во время перфорации буровых растворов, имеющих в своем составе абразивные частицы, происходит быстрый абразивный износ гидромониторной насадки, накатного ролика и клапанного узла промывочного канала, в результате чего снижается эффективность всей операции.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является гидромониторный узел щелевого перфоратора по патенту RU 2182221 С1, 10.05.2002.

Недостатками этого устройства является низкая эффективность гидромониторной струи, потому что ограниченные геометрические размеры перфоратора вынуждают изготавливать гидравлический канал, связывающий гидромониторную насадку с внутренней полостью перфоратора, малого диаметра и большой длины, что обусловливает большие гидравлические потери перед гидромониторной насадкой. Кроме того, в этом гидромониторном узле не компенсируется реактивное усилие от гидромониторной струи, что приводит к возникновению момента сил в поршне и преждевременному выходу его из строя.

Настоящее изобретение ставит своей целью повысить эффективность гидромониторного разрушения горной породы вдоль щели и повысить работоспособность гидромониторного узла щелевого перфоратора.

Поставленная цель достигается тем, что гидромониторный узел щелевого перфоратора, включающий нижний поршень силового блока цилиндров, промывочный канал с клапанным узлом и гидромониторный канал, связанный с гидромониторной насадкой, выдвижную консоль, отличается тем, что нижний поршень силового блока цилиндров выполнен в одном блоке с расположенным сверху держателем пружины растяжения и клапанным узлом, а снизу - выдвижной консолью, в которой по центру расположен промывочный канал, связанный в транспортном положении с внешним пространством перфоратора, и один или несколько гидромониторных каналов, оси которых параллельны оси перфоратора, расположенных между внутренней стороной пружины растяжения и клапанным узлом по периметру окружности с центром на оси поршня, сходящихся у входа в гидромониторную насадку, которая имеет корпус и твердосплавную конусную втулку с переменным сечением проходного канала, зафиксированную в этом корпусе пружинным кольцом, а корпус с гранями под ключ и установочной резьбой с помощью ножевого уплотнения герметично установлен в корпусе консоли под углом к оси перфоратора, обеспечивающим направление гидромониторной струи в щель обсадной трубы, чтобы при этом прямая и отраженная от горной породы гидромониторная струя не касалась накатного ролика в его крайнем выдвинутом положении, клапанный узел промывочного канала оборудован сменным твердосплавным двусторонним седлом для бросового запорного элемента, а нижний конец консоли оборудован опорной поверхностью для поворотных кулис, выдвигающих накатной ролик, при этом ось, соединяющая их с консолью и воспринимающая реактивное усилие от гидромониторной струи, размещена в пазах, параллельных оси перфоратора, выполненных в опорных пластинах, установленных в его корпусе по обе стороны консоли, и закреплена от радиального перемещения другими съемными пластинами, размещенными с внешней стороны опорных пластин, кроме того, поверхность консоли, контактирующая с внутренней стенкой корпуса перфоратора, имеет цилиндрическую поверхность, диаметр которой равен внутреннему диаметру этого корпуса.

На фиг.1 показан гидромониторный узел щелевого перфоратора в рабочем положении, на фиг.2, 3 и 4 приведены сечения этого узла.

Гидромониторный узел щелевого перфоратора содержит корпус перфоратора 1, нижний поршень силового блока цилиндров 2, клапанный узел 3, держатель пружины растяжения 4, пружину растяжения 5, сменное твердосплавное двустороннее седло 6 для бросового элемента 7, выдвижную консоль 8, в корпусе которой по центру расположен промывочный канал 9 и гидромониторные каналы 10, сходящиеся ко входу гидромониторной насадки, которая состоит из твердосплавной конусной втулки 11, установленной в корпусе гидромониторной насадки 12 и зафиксированной в нем с помощью пружинного кольца 13, а корпус этой насадки герметично установлен в корпусе выдвижной консоли 8 с помощью ножевого уплотнения 14. На нижнем конце выдвижной консоли 8 расположена ось 15, соединяющая поворотные кулисы 16 с накатным роликом 17, причем в этой консоли выполнены цилиндрические поверхности 18 для опоры поворотных кулис 16. С обеих сторон выдвижной консоли 8 имеются опорные пластины 19 с пазами 20, в которых расположены концы оси 15. Для предотвращения радиального перемещения этой оси с обеих сторон опорных пластин в корпусе перфоратора установлены съемные пластины 21.

Гидромониторный узел щелевого перфоратора работает следующим образом. Для включения его в работу с поверхности бросают запорный элемент 7 (шар), который перекрывает проходное сечение промывочного канала 9. Так как седло 6 съемное и изготовлено из твердосплавного материала, то перед спуском перфоратора в скважину его рабочая кромка была проверена и в случае обнаружения дефектов заменена, поэтому в таком клапанном узле всегда будет обеспечиваться надежное отключение промывочного канала перфоратора, благодаря чему вся гидравлическая энергия, создаваемая для работы перфоратора, реализуется на гидромониторной насадке. Кроме того, наличие нескольких гидромониторных каналов 10 в ограниченных размерах выдвижной консоли 8 резко снижают потери давления на этом участке, поэтому увеличивается рабочий перепад давления на гидромониторной насадке, что обусловливает более эффективный размыв горной породы вдоль щели. Увеличение перепада давления на гидромониторной насадке увеличивает ее абразивный износ, предотвратить который позволяет твердосплавная втулка 11, которая благодаря конусной поверхности обеспечивает герметичное уплотнение в корпусе 12, а ножевое уплотнение 13 этого корпуса просто и надежно герметизирует резьбовое соединение его с корпусом выдвижной консоли. В результате такой конструкции гидромониторной насадки возможно реализовать на ней перепад давления, достаточный для разрушения даже прочных горных пород вдоль щели. Угол наклона гидромониторной насадки позволяет в режиме размыва горной породы избежать абразивный износ накатного ролика, так как ни прямая, ни отраженная струя жидкости, содержащая абразивные частицы разрушенной горной породы, его не касается.

Многолетняя эксплуатация такого гидромониторного узла в щелевых перфораторах различной модификации показала его высокую эффективность и надежность. Работы проводились с применением различных жидкостей вскрытия: буровых растворов, нефти, пластовой воды и др. во многих районах Российской Федерации. Операции осуществлялись в различные стадии работы эксплуатационных и нагнетательных скважин: после бурения, во время капитального ремонта скважин, во время переноса фильтра, при перфорации интервалов, ранее проперфорированных кумулятивным способом, и т.д.

Практически во всех случаях получали положительный эффект благодаря тому что клапанный узел промывочного канала позволял создавать на гидромониторной насадке необходимый перепад давления, а сама эта насадка не подвергалась абразивному износу и позволяла использовать ее многократно.

Формула изобретения

Гидромониторный узел щелевого перфоратора, включающий нижний поршень силового блока цилиндров, промывочный канал с клапанным узлом, гидромониторный канал, связанный с гидромониторной насадкой, выдвижную консоль, отличающийся тем, что нижний поршень силового блока цилиндров выполнен в одном блоке с расположенным сверху держателем пружины растяжения и клапанным узлом промывочного канала, а снизу - с выдвижной консолью, в которой по центру расположен промывочный канал, связанный в транспортном положении с внешним пространством перфоратора, и один или несколько гидромониторных каналов, оси которых параллельны оси перфоратора, расположенных между внутренней стороной пружины растяжения и клапанным узлом промывочного канала по периметру окружности с центром на оси поршня, сходящихся у входа в гидромониторную насадку, которая имеет корпус и твердосплавную конусную втулку с переменным сечением проходного канала, зафиксированную в этом корпусе пружинным кольцом, а корпус с гранями под ключ и установочной резьбой с помощью ножевого уплотнения герметично установлен в корпусе консоли под углом к оси перфоратора, обеспечивающим направление гидромониторной струи в щель обсадной трубы, чтобы при этом прямая и отраженная от горной породы гидромониторная струя не касалась накатного ролика в его крайнем выдвинутом положении, а клапанный узел промывочного канала оборудован сменным твердосплавным двусторонним седлом для бросового запорного элемента и нижний конец консоли оборудован опорной поверхностью для поворотных кулис, выдвигающих накатный ролик, при этом ось, соединяющая их с консолью и воспринимающая реактивное усилие от гидромониторной струи, размещена в пазах, параллельных оси перфоратора, выполненных в опорных пластинах, установленных в его корпусе по обе стороны консоли, и закреплена от радиального перемещения другими съемными пластинами, размещенными с внешней стороны опорных пластин, кроме того поверхность консоли, контактирующая с внутренней стенкой корпуса перфоратора, имеет цилиндрическую поверхность, диаметр которой равен внутреннему диаметру этого корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4