устройство для гидравлической перфорации обсадных колонн на буровом растворе

Формула изобретения

Устройство для гидравлической перфорации обсадных колонн, включающее гидравлический узел, выполненный в виде полого корпуса, в радиальных каналах которого вмонтированы насадки, узел фиксации, содержащий полый корпус, в радиальных каналах которого размещены подпружиненные штоки с рабочей поверхностью, связанные между собой резьбовым соединением с кольцевым уплотнением, а внутренние полости разделены эластичным стаканом-разделителем с фильтром, отличающееся тем, что насадки, имеющие прямоугольную форму сечения каналов, смонтированы заподлицо с корпусом гидравлического узла, каналы к насадкам выполнены сквозными перпендикулярно продольной оси корпуса, узел фиксации имеет, как минимум, три радиальных канала с размещенными в них штоками, при этом средний шток развернут на 180^o по отношению к крайним, а площадь его сечения равна суммарной площади сечения двух крайних штоков, рабочая поверхность штоков армирована твердосплавными штабиками, эластичный стакан-разделитель выполнен объемом, как минимум, в два раза превышающим объем трех цилиндрических полостей при максимальном выдвижении штоков, а фильтр изготавливают по форме стакана-разделителя с щелевыми отверстиями.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для вторичного вскрытия продуктивных пластов, перекрытых обсадными колоннами, высокоскоростными струями бурового раствора.

Известен гидропескоструйный перфоратор [1], имеющий полый корпус, в радиальные сквозные отверстия которого вмонтированы насадки с конической наружной поверхностью, имеющие круглую форму сечения каналов. Недостатком известного устройства является отсутствие узла фиксации, что не позволяет использовать его для создания каналов в обсадной колонне высокоскоростными струями бурового раствора.

Известно устройство для гидравлической перфорации скважин высокоскоростными струями бурового раствора [2], включающее гидравлический узел и узел фиксации устройства в обсадной колонне. Гидравлический узел имеет полый корпус с радиальными каналами с вмонтированными в них насадками. Корпус выполнен в виде ряда соединенных друг с другом через кольцевые уплотнения секций. Выполнение корпуса из отдельных секций позволяет при изготовлении каждой секции выбрать оптимальную конфигурацию внутреннего канала, что позволяет разместить удлиненные дальнобойные насадки с конической наружной поверхностью, имеющие круглую форму сечения каналов.

Узел фиксации имеет полый маслонаполненный корпус с радиальными каналами, в которых размещены два подпружиненных штока одинакового диаметра с рифленой рабочей поверхностью и циркуляционными каналами, сообщающими их боковую поверхность с торцевой, штоки имеют уплотнения и могут перемещаться в радиальных каналах корпуса, раздвинутых на 180^o по отношению друг к другу.

Между гидравлическим узлом и узлом фиксации размещен эластичный стакан-разделитель, над которым установлен фильтр.

Недостатками известного решения являются использование насадков, имеющих круглое сечение каналов, применение двух штоков с рифленой рабочей поверхностью одинакового диаметра при выдвижении вызывают перекос устройства в обсадной колонне и его заклинку, сложность в выполнении оптимальной конфигурации внутреннего канала секции, отсутствие расчета объема эластичного стакана-разделителя и формы фильтра.

Техническая задача - упрощение конструкции и повышение надежности работы устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в радиальные каналы гидравлического узла монтируют насадки, имеющие прямоугольную форму сечения, заподлицо с корпусом гидравлического узла, а сами каналы выполняют сквозными перпендикулярно продольной оси корпуса, узел фиксации имеет, как минимум, три радиальных канала с размещенными в них штоками, при этом средний шток развернут на 180^o по отношению к крайним, а его площадь сечения равна суммарной площади сечения двух крайних штоков, по оси корпуса узла фиксации в каждом штоке выполняют сквозные отверстия, которые соединяют с основанием штоков, рабочая поверхность которых армирована твердосплавными штабиками, эластичный стакан-разделитель выполняют объемом, как минимум, в два раза превышающим объем трех цилиндрических полостей при максимальном выдвижении штоков, фильтр изготавливают по форме стакана-разделителя с щелевыми отверстиями.

Применение насадков, имеющих прямоугольную форму сечения каналов, позволяет сократить время создания отверстий в обсадной трубе, цементном камне и пласте по сравнению с насадками, имеющими круглую форму сечения каналов при одном и том же перепаде давления на насадках. Выполнение каналов гидравлического узла сквозными перпендикулярно продольной оси корпуса упрощает конструкцию и снижает трудоемкость при изготовлении.

Применение трех штоков в одной плоскости, из которых средний шток развернут на 180^o по отношению к крайним, обеспечивает жесткую фиксацию устройства в обсадной колонне без перекосов, а равенство площади сечения среднего штока суммарной площади сечения двух крайних штоков обеспечивает центрацию устройства в обсадной колонне.

Сквозные отверстия в каждом штоке и их связь с основанием штоков упрощает конструкцию и обеспечивает гидравлическую связь как по всей длине корпуса узла, так и с основаниями штоков.

Армирование рабочей поверхности штоков твердосплавными штабиками исключает заклинку штоков после снятия давления.

Превышение объема эластичного стакана-разделителя, как минимум, в два раза объема трех цилиндрических полостей при максимальном выдвижении штоков повышает надежность эластичного стакана-разделителя, особенно при утечках через уплотнения штоков. Изготовление фильтра по форме стакана-разделителя с щелевыми отверстиями исключает воздействие шлама на эластичный стакан-разделитель.

Таким образом, совокупность признаков заявляемого устройства дает возможность упростить конструкцию и повысить надежность его работы, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень".

На фиг.1 показан продольный разрез устройства для гидравлической перфорации обсадных колонн; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 - вид по стрелке Б на фиг.1.

Устройство для гидравлической перфорации обсадных колонн на буровом растворе имеет полый корпус 1 гидравлического узла, в радиальные каналы которого вмонтированы насадки 2, имеющие прямоугольную форму сечения каналов 3. Радиальные каналы выполнены сквозными, перпендикулярно продольной оси корпуса.

В радиальные каналы корпуса 4 узла фиксации размещены три штока 5 и 6 в одной плоскости и пружина 7, шток 6 развернут на 180^o по отношению к штокам 5, при этом площадь сечения штока 6 равна суммарной площади сечения штоков 5. По оси корпуса 4 в каждом штоке 5 и 6 выполнены сквозные отверстия 8 и отверстия 9, гидравлически соединяющие основания штоков 5 и 6 с внутренней полостью корпуса 4. Рабочие поверхности штоков армированы штабиками 10.

Между корпусами 1 и 4, связанными резьбовым соединением с кольцевым уплотнением, установлен эластичный стакан-разделитель 11, выполненный объемом, как минимум, в два раза превышающим объем трех цилиндрических полостей при максимальном выдвижении штоков, и фильтр 12, выполненный по форме стакана-разделителя с щелевыми отверстиями.

После спуска устройства в зону перфорации на поверхности земли создают необходимое давление бурового раствора внутри насосно-компрессорных труб. Буровой раствор, истекая из насадков 2, приобретает прямоугольную форму 3 и воздействует на обсадную колонну. При этом давление внутри насосно-компрессорных труб через эластичный стакан-разделитель 11 передается на основание штоков 5 и 6 через отверстия 8 и 9, обеспечивая плавное выдвижение штоков 5 и 6 до упора в обсадную колонну и, тем самым, центрируя и фиксируя устройство внутри обсадной колонны. Твердосплавные штабики 10 вдавливаются в обсадную колонну, обеспечивая жесткую фиксацию устройства внутри обсадной колонны.

Фильтр 12 предотвращает накопление шлама на эластичном стакане-разделителе 11, а щелевые каналы фильтра 12 обеспечивают постоянную гидравлическую связь полостей корпусов 1 и 4, связанных резьбовым соединением с кольцевым уплотнением, что особенно важно при снятии давления в насосно-компрессорных трубах.

При снятии давления в насосно-компрессорных трубах под действием пружин 7 штока 5 и 6 устанавливаются в корпус 4, освобождая устройство, что позволяет переместить его на новое место.

Источники информации

1. Патент РФ 2078912. Гидропескоструйный перфоратор, кл. E 21 B 43/11, 1997.

2. А. с. 1783111 A1. Устройство для гидравлической перфорации скважин, кл. E 21 B 43/114, 1992 г. (прототип).