Гидропескоструйный перфоратор
Владельцы патента RU 2631947:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к устройствам для создания щелевых отверстий в обсадных колоннах, цементном камне и горной породе. Гидропескоструйный перфоратор содержит корпус с отверстиями, в которых установлены струйные насадки, размещенную в корпусе подвижную втулку, связанную с запорным элементом, соединенным с подвижным стержнем, седло запорного элемента, установленное в патрубке, соединенном с корпусом. Подвижный стержень соединен с подпружиненным подвижным стаканом, в торцевой части которого выполнены отверстия. В отверстия подвижного стакана установлены втулки, закрепленные с помощью прижима. Струйные насадки расположены вдоль корпуса по спирали. В подвижной втулке выполнен паз, в который заведен конец пробки, установленной в отверстии корпуса. Пружина подвижного стакана отделена от подвижного стержня трубчатыми элементами. Обеспечивается повышение надежности работы перфоратора. 4 ил.
Изобретение относится к нефтяной, газовой горной промышленности, в частности к устройствам для создания щелевых отверстий в обсадных колоннах, цементном камне и горной породе, может быть использовано при вскрытии продуктивных горизонтов, при вторичном вскрытии продуктивного пласта, при проведении ремонтных работ в скважинах.
Известен гидропескоструйный перфоратор по патенту на изобретение РФ №2312979, Е21В 43/114, 2006, содержащий полый корпус с наружными углублениями, в которых выполнены соединенные с полостью корпуса отверстия с установленными в них струйными насадками. В нижней части корпуса выполнено седло с запорным элементом. Струйные насадки имеют на входе удлиненную коническую часть, установлены в отверстия корпуса посредством насадкодержателей, а корпус снабжен защитными пластинами. Недостаточная надежность и долговечность работы перфоратора вызвана повышенным абразивным износом корпуса в месте резьбового соединения с насадкодержателями. Это обусловлено расположением насадкодержателей в углублениях корпуса, что создает препятствия на пути течения жидкости-песконосителя, возможным частичным отражением и сложением струй, исходящих из наклонно установленных по отношению к оси корпуса струйных насадок.
Известен гидропескоструйный перфоратор по патенту на полезную модель №151088, Е21В 43/114, 2015, содержащий трубный корпус, в узлах которого установлены насадки. С трубным корпусом посредством муфты соединен хвостовик, в корпусе установлены два шаровых клапана, имеющих седла на торцах перфоратора и хвостовика. Насадки повернуты на 120° и расположены на расстоянии 400 мм относительно друг друга. Недостатком является низкая эксплуатационная способность, не позволяющая немедленно после перфорации приступать к удалению песка из скважины. Наличие песка в рабочей жидкости приводит к его оседанию на части конструкции и прихвату инструмента, что снижает надежность работы гидропескоструйного перфоратора. Для вымывания же песка необходимо произвести удаление рабочего шара клапана. Извлечение рабочего шара возможно только после удаления песка из всего объема рабочей жидкости, что требует переключения на обратную промывку и остановки циркуляции скважины.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран гидропескоструйный перфоратор (Применение щелевой гидропескоструйной перфорации при вторичном вскрытии продуктивных пластов / Р.Г. Салихов, Т.Н. Крапивина, Н.И. Крысин. - СПб.: ООО «Недра», - 2005, с. 95-97), содержащий корпус с четырьмя гидромониторными насадками, расположенными по окружности, под углом 90° друг к другу. Гидромониторные насадки расположены в верхней части корпуса. Внутри корпуса расположен клапанный механизм, управляемый с устья скважины и обеспечивающий открытие центрального промывочного канала для вымывания песка из скважины после прорезки щелей. Запорное гнездо выполнено на жестко закрепленном в корпусе патрубке-хвостовике. Запорный элемент жестко соединен с подпружиненным стержнем, который в свою очередь соединен с подвижной втулкой-стаканом, имеющей наклонно направленные каналы. Подвижная втулка-стакан, охватывая фигурный патрубок-хвостовик, может перемещаться по нему. Она закреплена на стержне вместе с наружным опорным диском. Недостатком ближайшего аналога является невысокие долговечность и надежность работы гидропескоструйного перфоратора. Это обусловлено тем, что промывочные каналы нижней подвижной втулки-стакана не обладают необходимой износостойкостью к абразивному воздействию жидкости-песконосителя. Неконтролируемое вращение подвижной втулки вокруг своей оси внутри корпуса может привести к перекрытию отверстий с гидромониторными насадками, что вызовет остановку процесса перфорации. Кроме того, расположение четырех насадок в одном сечении корпуса приводит в процессе перфорации к повышенному износу перфоратора за счет возникновения значительных внутренних напряжений в материале корпуса при абразивном воздействии на корпус отраженных струй рабочей жидкости.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности работы гидропескоструйного перфоратора.
Технический результат достигается за счет того, что в гидропескоструйном перфораторе, содержащем корпус с отверстиями, в которых установлены струйные насадки, размещенную в корпусе подвижную втулку, связанную с запорным элементом, соединенным с подвижным стержнем, седло запорного элемента, установленное в патрубке жестко соединенном с корпусом, подвижный стержень соединен с подпружиненным подвижным стаканом, в торцевой части которого выполнены наклонные отверстия, согласно изобретению, в наклонные отверстия подвижного стакана установлены втулки, закрепленные с помощью прижима с отверстиями, струйные насадки расположены вдоль корпуса по спирали, в подвижной втулке выполнен паз, в который заведен конец пробки, установленной в отверстии корпуса, пружина подвижного стакана отделена от подвижного стержня трубчатыми элементами.
Технический результат обеспечивается за счет установки промывочных втулок в наклонные отверстия подвижного стакана. Втулки выполнены из износостойкого материала и защищают подвижный стакан от абразивного воздействия струй жидкости-песконосителя и от воздействия исходящих струй промывочной жидкости, что повышает надежность работы устройства. Использование прижима для крепления втулок обеспечивает их надежную установку в днище подвижного стакана и исключает их выброс под давлением исходящей струи.
Установка четырех струйных насадок в корпусе, по спирали вдоль его наружной поверхности, с углом 90° между соседними насадками позволяет исключить внутренние напряжения в материале корпуса, повысить его долговечность и надежность. Данное конструктивное исполнение корпуса с насадками позволяет избежать сложения исходящих струй жидкости-песконосителя, часть которых, отражаясь от обсадной трубы, оказывает абразивное воздействие на поверхность корпуса.
В подвижной втулке выполнен паз, в котором расположен конец пробки, установленной в отверстии корпуса. Использование стопорной пробки обеспечивает поступательное движение подвижной втулки внутри корпуса, но исключает возможность ее осевого вращения, которое могло бы перекрыть отверстия со струйными насадками. Это обеспечивает надежное истечение рабочей жидкости при перфорации обсадной трубы и надежное перекрытие струйных отверстий при последующей промывке скважины от песка.
Отделение пружины, установленной в подвижный стакан, от подвижного стержня трубчатыми элементами позволяет уменьшить износ пружины от воздействия на нее промывочной жидкости, проходящей к наклонно-направленным отверстиям в днище подвижного стакана, что повышает надежность работы перфоратора.
На фигуре 1 представлен продольный разрез гидропескоструйного перфоратора.
На фигуре 2 представлен общий вид гидропескоструйного перфоратора.
На фигуре 3 представлен разрез струйной насадки, установленной в корпусе гидропескоструйного перфоратора.
На фигуре 4 представлена стопорная пробка в месте ее установки в корпусе гидропескоструйного перфоратора.
Гидропескоструйный перфоратор состоит из корпуса 1, внутри которого установлена подвижная втулка 2. В корпусе 1 выполнены отверстия, в которые установлены четыре струйные насадки 3. В месте установки сменных струйных насадок 3 к наружной поверхности корпуса 1 приварены накладки 4 с расточками для их установки. Струйные насадки 3 расположены по спирали вдоль поверхности корпуса 1 по направлению свинчивания с колонной насосно-компрессорных труб, под углом 90° друг к другу. В подвижной втулке 2 выполнены соответствующие отверстия для прохода рабочей жидкости к струйным насадкам 3. Корпус 1 жестко соединен с патрубком 5. В патрубке 5 установлен подвижный стержень 6. Подвижная втулка 2 с помощью резьбы соединена с хвостовиком 7, в торце которого выполнены отверстия для прохода промывочной жидкости. Хвостовик 7 и подвижный стержень 6 соединены между собой гайкой 8. В расточку гайки 8 с одного конца установлен хвостовик 7 и застопорен от осевого перемещения штифтами 9, с другой стороны в гайке 8 закреплен конец подвижного стержня 6, на котором установлен запорный элемент 10. На нижнем конце корпуса 1 размещено седло 11 запорного элемента 10, установленное в патрубке 5 и поджатое им к корпусу 1. Верхний конец корпуса 1 соединен с муфтой 12 для присоединения перфоратора к колонне насосно-компрессорных труб. В корпусе 1 выполнено отверстие, в которое вставлена стопорная пробка 13, конец которой входит в паз подвижной втулки 2. Конец пробки 13 установлен так в подвижную втулку 2, что не мешает ее осевому перемещению. Нижний конец подвижного стержня 6 соединен с подвижным стаканом 14, в торце которого выполнены наклонные отверстия, в которые установлены втулки 15. Оси этих отверстий и промывочных втулок 15 расположены под углом к продольной оси подвижного стакана 14. Втулки 15 выполнены из износостойкого материала, например из стали 40ХН2МА. С наружной стороны стакана 14 втулки 15 поджаты прижимом 16. В прижиме 16 выполнены отверстия для прохода промывочной жидкости. Прижим 16 подпирается опорным диском 17, закрепленным на конце подвижного стержня 6. В подвижный стакан 14 установлена пружина 18, отделенная от подвижного стержня 6 телескопическими трубчатыми элементами 19 и 20. Струйные насадки 3 закреплены в отверстиях корпуса 1 с помощью гаек 21, стыки уплотнены кольцами 22. Между внутренней поверхностью корпуса 1 хвостовиком 7, гайкой 8, запорным элементом 10 образована кольцевая проточка.
Гидропескоструйный перфоратор работает следующим образом
Гидропескоструйный перфоратор спускают в скважину на колонне насосно-компрессорных труб. В первоначальном положении запорный элемент 10 из-за воздействия пружины 18 находится прижатым к седлу 11. Проход жидкости к наклонным отверстиям подвижного стакана 14 закрыт, а отверстия струйных насадок 3 открыты и расположены напротив соответствующих отверстий в корпусе 1. Совпадение осей отверстий подвижной втулки 2 и отверстий струйных насадок 3 обеспечивают установкой стопорной пробки 12 до упора в подвижную втулку 2. При необходимости перфорации обсадной колонны, цементного камня и горной породы в гидропескоструйный перфоратор через колонну насосно-компрессорных труб и муфту 12 подают жидкость-песконоситель от наземного насосного оборудования. Жидкость поступает внутрь подвижной втулки 2 и, исходя из струйных насадок 3, прорезает щели в стенке обсадной колонны скважины, цементном камне, затем в прискважинной зоне. Глубина прорезания зависит от времени, в течение которого производится резка. Расстояние между соседними струйными насадками 3 выбирают исходя из значений рабочего давления и длины скважины. Для скважины глубиной 2000 м это расстояние находится в переделах от 200 до 300 мм, расстояние в 250 мм является средним для данной глубины. После окончания перфорации производят очистку ствола скважины от осевшего песка и шлама. Для этого колонну насосно-компрессорных труб с перфоратором опускают на забой скважины, происходит упор опорного диска 17 в песчаную пробку. Под действием нагрузки перемещается вверх подвижный стержень 6, сжимая пружину 18, при этом открывается зазор между запорным элементом 10 и седлом 11 и происходит открытие центрального промывочного канала. Одновременно с этим в корпусе 1 перекрываются отверстия струйных насадок 3 за счет движения подвижной втулки 2 вверх под действием прилагаемой нагрузки. Далее через колонну насосно-компрессорных труб в перфоратор подают жидкость, очищенную от песка. Подаваемая под давлением промывочная жидкость из колонны груб проходит внутри подвижной втулки 2, через отверстия хвостовика 7 попадает в кольцевую проточку, через зазор между запорным элементом 10 и седлом 11 поступает в трубчатые элементы 19 и 20 и, проходя через втулки 15, выходит под давлением из наклонных отверстий прижима 16. Под действием промывочной жидкости происходит вымывание песка из скважины.
Изобретение позволяет повысить надежность работы гидропескоструйного перфоратора.
Гидропескоструйный перфоратор, содержащий корпус с отверстиями, в которых установлены струйные насадки, размещенную в корпусе подвижную втулку, связанную с запорным элементом, соединенным с подвижным стержнем, седло запорного элемента, установленное в патрубке, соединенном с корпусом, подвижный стержень соединен с подпружиненным подвижным стаканом, в торцевой части которого выполнены отверстия, отличающийся тем, что в отверстия подвижного стакана установлены втулки, закрепленные с помощью прижима, струйные насадки расположены вдоль корпуса по спирали, в подвижной втулке выполнен паз, в который заведен конец пробки, установленной в отверстии корпуса, пружина подвижного стакана отделена от подвижного стержня трубчатыми элементами.
