перфоратор двухсторонний гидромеханический щелевой

Формула изобретения

1. Перфоратор гидромеханический щелевой, содержащий полый корпус, размещенный в нем поршень-толкатель с центральным гидроканалом, выдвижной режущий инструмент и установленные с противоположных сторон гидромониторные насадки, отличающийся тем, что насадки установлены в стенке корпуса перфоратора таким образом, что оси насадок расположены под углом 90° к его оси и соединены непосредственно с полостью перемещения поршня-толкателя в корпусе перфоратора.

2. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, четыре гидромониторные насадки, размещенные попарно одна над другой с противоположных сторон корпуса.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, а именно к устройству для вторичного вскрытия пластов путем создания продольных перфорационных щелей в обсадных (эксплуатационных) колоннах и формирования фильтрационных каналов в призабойной зоне пласта.

Из уровня техники известны устройства для щелевой перфорации обсадных колонн, основанные на использовании выдвижного накатного режущего инструмента. Такое устройство раскрыто, например, в RU 2151858 С1, 27.06.2000, RU 2180038 C1, 27.02.2002, в US 4119151 A1, 10.10.1978. Описываемые устройства отличаются в основном конструкцией механизма крепления и выдвижения режущего инструмента.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого устройства можно считать гидромеханический щелевой перфоратор, раскрытый в RU 2249678 C1, 10.04.2005, содержащий корпус, размещенный в нем поршень-толкатель и выдвижной режущий инструмент в виде установленных на оси режущих дисков с механизмом их выдвижения, с возможностью выполнения дисками двух диаметрально расположенных щелей в колонне, при этом поршень-толкатель выполнен с центральным и двумя боковыми гидроканалами и двумя гидромониторными насадками, соединенными с боковыми гидроканалами.

В приведенном устройстве, как и других устройствах для щелевой перфорации, гидромониторные насадки располагаются в поршне-толкателе под углом 60°, и подвод жидкости к насадкам осуществляется по гидромониторным каналам.

Как показывает практика, такая конструкция имеет ряд существенных недостатков. Размыв гидромониторного канала приводит к необходимости полной замены поршня-толкателя. Из-за малого диаметра каналов происходит их быстрое частичное или полное загрязнение, что приводит к прекращению циркуляции жидкости, а следовательно, к прекращению работы перфоратора. При расположении насадок под углом 60° происходит частичное отражение струи от стенки горной породы, т.е. снижается эффективность их работы.

Задачей изобретения является увеличение долговечности поршня-толкателя, срока службы гидромониторных насадок и самого щелевого перфоратора.

Технический результат, обеспеченный решением указанной задачи, состоит в исключении вихреобразования и эффекта кавитации при прохождении жидкости через насадки, а следовательно, и в уменьшении разрушения гидромониторных насадок, а также в значительном снижении возможности их засорения. Кроме того, предлагаемая конструкция позволяет максимально использовать кинетическую энергию струи жидкости, что способствует значительному разрушению цементного кольца и горной породы и сокращению необходимого для этого времени.

Для достижения указанного технического результата в перфораторе гидромеханическом щелевом, содержащем полый корпус, размещенный в нем поршень-толкатель с центральным гидроканалом, выдвижной режущий инструмент, две гидромониторные насадки, установленные с противоположных сторон, согласно предлагаемой конструкции гидромониторные насадки установлены в стенке корпуса перфоратора под углом 90° к его оси и соединены непосредственно с полостью перемещения поршня-толкателя в корпусе перфоратора.

В частном случае выполнения перфоратор содержит, по меньшей мере, четыре гидромониторные насадки, размещенные попарно одна над другой с противоположных сторон корпуса.

На фиг.1 и фиг.2 показаны схемы размещения гидромониторных насадок в соответствии с перфоратором-прототипом (фиг.1) и предлагаемым перфоратором (фиг.2), где 1 - корпус перфоратора, 2 - гидромониторная насадка, 3 - поршень-толкатель, 4 - гидромониторный канал, 5 - полость перемещения поршня-толкателя в корпусе перфоратора; 6 - колонна. Кроме того, показаны соответствующие схемы гидродинамического давления струи жидкости на стенку эксплутационной колонны.

При подаче жидкости к гидромониторной насадке 2 по гидромониторным каналам 4 (фиг.1) по схеме внезапного сужения коэффициент местного сопротивления равен 2,5...3, т.к. поворот жидкости приближается к 90°. У тупиковой стенки возникает вихреобразование, способствующее размыванию гидромониторного канала в поршне-толкателе и гидромониторной насадке, а значит к потере давления и неэффективной работе перфоратора, приводящей к его замене.

Предлагаемая конструкция перфоратора (фиг.2) позволяет осуществлять подвод жидкости к гидромониторным насадкам 2 по схеме выхода жидкости из резервуара в трубку. В этом случае коэффициент местного сопротивления равен 0,1...0,15.

Угол расположения насадок 90° обеспечивает максимальное использование кинетической энергии струи. Давление струи на стенку эксплуатационной колонны по предложенной схеме размещения гидромониторных насадок (фиг.2) составляет Р= ·V·Q, где - плотность жидкости, V - скорость потока жидкости, Q - расход жидкости. Давление струи по традиционной схеме размещения (фиг.1) составляет Р= ·V·Q·cos30°= ·V·Q·0,866, т.е. ниже, чем по предложенной схеме.

Устройство работает следующим образом.

На колонне НКТ перфоратор опускается в скважину к месту разрезки. Установив устройство в скважине, проводят прямую промывку полости труб и полости устройства от окалины и механических примесей, которые попадают в полость труб во время геофизических работ по привязке устройства к интервалу резки. Затем в полость труб опускают шарик малого диаметра, который, проходя через элементы перфоратора, перекрывает центральный канал поршня-толкателя, после чего в НКТ создается рабочее давление.

При создании рабочего давления в полости труб жидкость воздействует на поршень-толкатель. Передвигаясь поступательно вдоль оси устройства, он воздействует на механизм подачи режущих элементов, например поворачивает коромысло, между пластинами которого на осях расположены режущие диски, и выталкивает их до упора с эксплуатационной колонной.

Создавая ступенчатое давление в полости НКТ от 10 до 80 атмосфер, увеличивают силу вдавливания режущих дисков в противоположных сторонах эксплутационной колонны.

После образования щелей в эксплутационной колонне давление в полости труб поднимают, и реализуется гидромониторный эффект струи. Две струи жидкости, выходящие из полости перемещения поршня сразу через гидромониторные насадки, расположенные под углом 90° к оси перфоратора, с большой скоростью разрушают своим напором цементный камень и породу за эксплутационной колонной, намывают каверну по всей длине щелей. После намыва каверны давление в трубах сбрасывается до атмосферного. Поршень-толкатель втягивается в нижний гидроцилиндр и возвращает в исходное положение весь режущий узел в сборе. После этого в полость НКТ опускается шар большего диаметра, который садится в гнездо срезного циркуляционного клапана. Подняв давление в трубах, открывают промывочное устройство в корпусе. После чего производят освоение, или глушение эксплуатационной скважины, или подъем устройства из нее.

Размещение гидромониторных насадок в стенке корпуса перфоратора (фиг.2), а не в поршне-толкателе (фиг.1) позволяет полностью исключить необходимость полной замены поршня. Предлагаемая конструкция перфоратора обеспечивает возможность использования одновременно четырех и более гидромониторных насадок, что позволяет увеличить площадь разрушения цементного кольца и горной породы, а также сократить необходимое для этого время намыва. Расположение гидромониторных насадок под углом 90° позволяет максимально использовать кинетическую энергию струи жидкости. Отсутствие гидромониторных каналов полностью исключает эффект кавитации, а следовательно, и разрушение гидромониторных насадок, а также значительно снижает возможность их засорения.