Гидроударное устройство для очистки скважины от песчаной пробки

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частности к устройствам для очистки скважин. Устройство содержит связанный с переходником полый корпус с циркуляционными отверстиями, седло, торцевой клапан, кольцевой поршень, жестко закрепленный на полом подпружиненном штоке и установленный в осевом канале полого корпуса, коронку с торцевыми зубьями, дросселем и гидромониторной насадкой. Седло установлено между корпусом и переходником, относительно которого подпружинен полый шток, проходящий в его осевом канале и осевом канале седла. Коронка непосредственно связана с кольцевым поршнем, образующим с седлом торцевой клапан. Поршень установлен с возможностью перекрытия циркуляционных отверстий корпуса. Кольцевой зазор между штоком и переходником постоянно гидравлически связан с осевым каналом штока и седла. Повышается эффективность разрушения песчаных пробок. 2 ил.

 

Изобретение относиться к эксплуатации и ремонту скважины и может быть использовано при разрушении и удалении плотных песчано-глинистых пробок в осевом канале лифтовой колонны труб и интервале перфорации продуктивного пласта.

Известно устройство для очистки скважин от песчаной пробки, состоящее из полого корпуса с полым штоком в осевом канале. Устройство имеет общий осевой канал и радиальные каналы, гидравлически соединяющие данный осевой канал, с внешней полостью, которой может быть кольцевой канал лифтовой колонны труб.

Полый шток в нижней части снабжен фрезой с торцовыми зубьями (а.с. №602669 от 23.09.76 г. Мкл. Е21В 21/00, опубл. в ОБ№14, 1978 г.).

Известно «Устройство для очистки скважин от песчаной пробки», см. пат. РФ №2242585, МКИ 7 Е21В 37/00; 21/00, опубл. 20.12.2004 г. Бюл. №35.

Устройство состоит из переходника с седлом, разъемного полого корпуса, соединенного муфтой с кожухом, снабженным торцовыми зубьями.

Механизм разрушения состоит из разъемного полого штока, связанного с кольцевым поршнем.

Переходник с механизмом разрушения имеют общий гидравлический канал. Полый шток подпружинен относительно полого корпуса возвратной пружиной и через муфту связан с коронкой, которая снабжена торцовыми зубьями, и имеет осевой дросселирующий канал. Коронка с внешней стороны снабжена гидромониторной насадкой.

Полый шток образует кольцевую камеру с внутренней поверхностью полого корпуса, которая связана гидравлическим каналом с осевым каналом устройства, площадь сечения кольцевой камеры равна площади поперечного сечения осевого гидравлического канала в полом штоке.

Недостатком конструкции устройства для очистки скважин от песчаной пробки является:

- сложность конструкции;

- низкая надежность работы, заключающая в том, что в процессе транспортирования механических частиц по кольцевому зазору между корпусом устройства и внутренней поверхностью лифтовой колонны труб возможно попадание песка внутрь устройства, что может привести к заклиниванию кольцевого поршня и остановке процесса;

- при малом диаметре лифтовой колонны труб, соответственно, необходимо иметь малые габариты устройства при желательном сохранении ударного усилия на коронке породоразрушающего устройства и усилия, развиваемого возвратной пружиной, что сделать достаточно трудно при данных малых габаритах устройства по предлагаемой конструктивной схеме;

- наличие стопорного кольца, соединяющего механизм разрушения с полым корпусом, требует затрат осевого усилия, развиваемого на кольцевом поршне, для обеспечения его деформации и перемещения механизма разрушения в направлении поверхности песчано-глинистой пробки.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в том, что повышается эффективность разрушения плотных песчано-глинистых пробок в осевом канале лифтовой колонны труб малых габаритов, особенно в осевом калане ствола скважины в интервале перфорации за счет воздействия тангенциально направленной струи рабочей жидкости на периферию ствола скважины и импульсного воздействия на поверхность песчано-глинистой пробки у стенки трубы обсадной колонны;

- обеспечивается механическое разрушение песчано-глинистой пробки за счет ударного воздействия зубьями коронки ударного механизма при восприятии избыточного давления площадью сечения ступенчатого поршня, под седлом имеющего больший диаметр;

- обеспечивается возвратно-поступательное перемещение коронки ударного механизма и импульсного повышения расхода и скорости восходящего потока рабочей жидкости, в интервале перфорации и межтрубном пространстве скважины, при взаимодействии зубьев коронки ударного механизма с поверхностью плотной песчано-глинистой пробки.

Технический результат достигается с помощью предлагаемого гидроударного устройства, состоящего из полого корпуса, с циркуляционными отверстиями, выполненными в теле полого корпуса, под седлом, торцового клапана, на конце кольцевого поршня в осевом канале полого корпуса, опирающегося на пружину и жестко связанного с кольцевым поршнем, снабженным коронкой с торцовыми зубьями и гидромониторной насадкой.

Анализ технических решений, проведенный по известным источникам, научно-технической и патентной информации показал, что известно устройство для очистки скважин, снабженное гидромониторной насадкой (соплом, выполненным в виде кольцевой насадки) с тангенциальными каналами, установленной с возможностью вращения (см. а.с. №1320382 от 04.02.86 г., Мкл. Е21В 21/00, опубл. в ОБ №24, 1987 г.), известно устройство для очистки скважины, состоящие из полого корпуса и установленного в нем полого штока, подвижного в осевом направлении (см. пат. РФ №2068078 от 27.02.96 г., Мкл. Е 21 В 21/00, опубл. в ОБ №29, 1996 г.). Выявленные технические решения имеют конструктивные признаки, совпадающие с некоторыми отличительными признаками заявляемого технического решения. Предлагаемое решение явным образом не следует из уровня техники, т.е. соответствует критерию «изобретательский уровень».

Конструкция и принцип работы устройства для разрушения и очистки ствола скважины от плотных песчано-глинистых пробок поясняется чертежами, где;

- на фиг.1 - устройство в разрезе, в исходном положении деталей;

- на фиг.2 - конструкция устройства в положении выхода коронки ударного механизма, воздействия на поверхность плотной песчано-глинистой пробки и образования дополнительной гидродинамической связи осевого канала устройства с полостью скважины и осевым каналом лифтовой колонны труб.

Заявляемое устройство состоит из полого корпуса 1, связанного верхним концом с седлом 2, на котором закреплен переходник 3. В осевом канале 4 полого корпуса 1, установлен кольцевой поршень 5, снабженный конусом 6, обращенным к ответной конической поверхности 7 седла 2. Кольцевой поршень 5 с конусом 6, седлом 2 образуют торцевой клапан. В полом корпусе 1 выполнены циркуляционные отверстия 8, перекрытые в исходном положении телом кольцевого поршня 5.

В осевой канал 9 седла 2 пропущен полый шток 10, жестко связанный с кольцевым поршнем 5, который через опорную шайбу 11 опирается на пружину 12. Кольцевой зазор 13, образованный телом полого штока 10, с переходником 3 постоянно гидравлически связан радиальными каналами 14, с осевым каналом 15 полого штока 10 и седла 2.

На нижнем конце кольцевого поршня 5 установлена коронка 16 с зубьями 17, на внешней стороне которой расположена гидромониторная насадка 18 с кольцевой камерой 19, гидравлически связанной радиальными каналами 20 с осевым каналом 21 коронки 16. На торце гидромониторной насадки 18 выполнены тангенциальные каналы 22, соединяющие кольцевую камеру 19 с окружающей средой (полостью скважины).

Коронка 16 снабжена также дросселем 23, соединяющим осевой канал 21 с полостью скважины.

В исходном положении кольцевой поршень 5 с конусом 6 поджат усилием пружины 12 к конической поверхности 7 седла 2 с изоляцией кольцевого зазора 13 от кольцевого зазора под седлом 2.

Торцовая поверхность полого корпуса 1, обращенная к поверхности плотной песчано-глинистой пробки в осевом канале лифтовой колонны труб, снабжена зубьями 24 для ее разрушения.

Усилие поджима конуса 6 кольцевого поршня 5 к конической поверхности 7 седла 2 регулируется гайкой 25 на верхнем конце полого штока 10.

Верхний конец переходника 3 снабжен присоединительной резьбой, которой устройство подсоединятся к нижнему концу гибкой колоны труб перед спуском в скважину.

Устройство для очистки скважины от плотной песчано-глинистой пробки является составной частью комплекса оборудования, обеспечивающего выполнение работ по ремонту скважин с использованием гибкой колонны труб.

Агрегат с гибкими трубами не позволяет осуществлять вращение инструмента, что требует проводить очистку осевого канала лифтовой колоны труб и забоя скважины, как правило, промывкой различными жидкостями на водяной и нефтяной основе, с использованием насадок различной конструкции.

Все они основаны на использовании гидромониторного эффекта истекающей из канала дросселя струи рабочей жидкости. Потери давления, при прокачке по гибкой колонне труб рабочей жидкости, могут достигать 17-18 МПа. Следует отметить, что эффективность разрушения плотных песчано-глинистых пробок снижается из-за неравномерности воздействия струи рабочей жидкости на периферийных участках. В центральной ее части образуется лунка, в которой гаситься энергия струи.

Применение устройства заявляемой конструкции позволяет существенно улучшить процесс разрушения песчано-глинистой пробки за счет механического воздействия и гидромониторного импульсного воздействия тангенциально направленной струей рабочей жидкости, совершающей синусоидальное перемещение относительно стенки трубы при вращении гидромониторной насадки.

Устройство для разрушения плотных песчано-глинистых пробок работает следующим образом.

Устройство через переходник 3 подсоединяют к нижнему концу гибкой колонны труб и спускают в осевой канал лифтовой колонны труб до контакта зубьями 24 на торце полого корпуса 1 с поверхностью песчано-глинистой пробки.

В колону гибких труб подают рабочую жидкость с заданным расходом и расчетным давлением, которая поступает в осевой канал переходника 3 и подается в кольцевой зазор 13, где через радиальные каналы 14 в теле полого штока 10 подается в осевой канал кольцевого поршня 5 и далее в осевой канал 21 коронки 16. Через радиальные отверстия 20 рабочая жидкость из осевого канала 21 коронки 16 подается в кольцевую камеру 19 гидромониторной насадки 18, которая приводится во вращение за счет реакции струй, истекающих из тангенциальных каналов 22, и воздействует на поверхность песчано-глинистой пробки по всему периметру осевого канала лифтовой колонны труб. Часть от суммарного расхода рабочей жидкости, подаваемой в гибкую колонну труб, непрерывно подается в дроссель 23 с воздействием на поверхность плотной песчано-глинистой пробки по центру.

При этом суммарный расход рабочей жидкости через дроссель 23 и тангенциальные каналы 22 в гидромониторной насадке 18 принимается меньше расхода рабочей жидкости, подаваемой с поверхности по колонне гибких труб, что приводит к плавному росту перепада давления в их осевом канале.

С ростом перепада давления последнее воспринимается площадью сечения кольцевого поршня 5, со стороны кольцевого зазора 13, который поджат к конической поверхности 7 седла 2 усилием сжатой пружины 12. При превышении усилия пружины 12 кольцевой поршень 5 отжимается от поверхности седла 2 и избыточное давление воспринимается кольцевым поршнем 5 по большему диаметру. Это приводит к резкому перемещению кольцевого поршня 5 вместе с коронкой 16 в направлении поверхности песчано-глинистой пробки с механическим воздействием на нее зубьями 17. При перемещении кольцевого поршня 5 в осевом канале полого корпуса 1, последний проходит циркуляционные отверстия 8 с дополнительным сжатием пружины 12, и рабочая жидкость с увеличенным расходом подается в осевой канал лифтовой колонны труб, что способствует эффективному перемещению-подъему механических частиц из скважины. Давление рабочей жидкости в осевом канале гибкой колонны труб снижается и усилием сжатой пружины 12 сборка: полый шток 10, кольцевой поршень 5 с коронкой 16 и с гидромониторной насадкой 18 перемещаются вверх относительно циркуляционных отверстий 8 полого корпуса 1 с прекращением подачи через них рабочей жидкости.

Усилием сжатой пружины 12 кольцевой поршень 5 своим конусом 6 садится на коническую поверхность 7 седла 2. Давление рабочей жидкости в осевом канале гибкой колонны труб и внутри устройства плавно возрастает и, после увеличение давление до расчетного значения, процесс гидромеханического воздействия на поверхность песчано-глинистой пробки повторяется.

При возвратно-поступательном перемещении кольцевого поршня 5 в сборе с коронкой 16 и вращении гидромониторной насадки 18 струя рабочей жидкости, истекающая из тангенциальных каналов 22, совершает относительно стенки лифтовой колонны труб синусоидальное перемещение, что способствует интенсификации процесса разрушения плотной песчано-глинистой пробки на периферии.

Заявляемое техническое разрушение соответствует критерию патентоспособности, а именно условию новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости.

Гидроударное устройство для очистки скважин от песчаной пробки, включающее связанный с переходником полый корпус с циркуляционными отверстиями, седло, торцевой клапан, кольцевой поршень, жестко закрепленный на полом подпружиненном штоке и установленный в осевом канале полого корпуса, коронку с торцевыми зубьями, дросселем и гидромониторной насадкой, отличающееся тем, что седло установлено между корпусом и переходником, относительно которого подпружинен полый шток, проходящий в его осевом канале и осевом канале седла, причем коронка связана непосредственно с кольцевым поршнем, образующим с седлом торцевой клапан и установленным с возможностью перекрытия циркуляционных отверстий полого корпуса, а кольцевой зазор между полым штоком и переходником постоянно гидравлически связан с осевым каналом полого штока и седла.