Гидроабразивный резак

ГВДРОАБРАЗИВНЫЙ РЕЗАК
Полезная модель относится к горному делу, к области оборудования для скважин, может быть использована для резания в скважине труб, преимущественно обсадных, струей абразивной жидкости, а также для расширения ствола скважин, размыва цилиндрической, сферической или иной формы полости в горной породе, для качественного цементажа во время капитального ремонта скважин, при изоляции пластовых вод, межколонных перетоков, разобщения пластов и гидроразрывов. Помимо этого может быть использована для качественного вскрытия продуктивного пласта и создания подземных резервуаров при строительстве подземных хранилищ.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для резки труб (А.С. СССР № 590434, кл. Е21 В29/00, публ. 30.01.78), содержащее корпус с седлом и радиальными каналами, в которых установлены посредством державок насадки, втулку с радиальными каналами, подвижную в осевом направлении для фиксации насадок в закрытом и открытом положениях, и якорь. При этом корпус на одном уровне с насадками имеет дополнительные радиальные каналы, в каждом из которых размещены поршень со штоком и фиксатор, застопоренный в исходном положении срезным элементом, при этом фиксатор установлен с возможностью взаимодействия с поршнем, а шток - с втулкой.
Е21 В29/00
///-2
-ограниченная область применения, так как устройство предназначено для резки труб малого диаметра (до 114 мм), прихваченных в скважинах и не предназначено для резки труб большего диаметра и эксплуатационных колонн;
-наличие в устройстве всего двух насадок явно недостаточно, что значительно увеличивает продолжительность процесса резки;
-небольшой разовый ресурс временной работы устройства, обусловленный разрушением гидромониторных насадок, приводящий к дополнительным затратам по спуско-подъемным операциям для их замены;
-строго горизонтальное расположение насадок в радиальном направлении может привести к разрушению обоймы насадок обратной гидроабразивной струей и вывести устройство из строя во время процесса резки. Помимо этого это способствует образованию абразивных (песчаных) пробок на забое, на промывку которых потребуются дополнительные средства.
Технический результат предполагаемой полезной модели заключается в расширении области применения при увеличении эффективности использования и эксплуатационной надежности устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в гидроабразивном резаке, содержащем узел крепления гидроабразивного резака к колонне труб, корпус с седлом, режущий узел с радиально расположенными гидромониторными насадками, корпус выполнен в виде фигурного стакана с посадочным седлом в его нижней части, и с промывочным цилиндрическим отверстием и имеет вертикальные и горизонтальные цилиндрические каналы.
соединенные с гидромониторными насадками, равномерно размещенными по всей окружности корпуса, выходные отверстия которых находятся на одном уровне и направлены вверх под углом 5-15° к горизонтальной плоскости, при этом гидромониторные насадки, сообщающиеся с вертикальными цилиндрическими каналами чередуются с гидромониторными насадками, сообщающимися с горизонтальными цилиндрическими каналами. Узел для крепления гидроабразивного резака к колонне труб выполнен в виде муфты, образующей вместе с корпусом промежуточную полость, сообщающуюся с вертикальными цилиндрическими каналами, внутри корпуса расположена неподвижная втулка с перепускными отверстиями и золотником со стопорным кольцом, выполненным с возможностью вертикального скольжения вдоль неподвижной втулки с перепускными отверстиями, верхняя часть золотника выполнена в виде посадочного седла. Гидромониторные насадки выполнены из материала с повышенной износостойкостью, в качестве которого использован алмазный поликристалл.
На чертежах изображен гидроабразивный резак. На фиг.1 - вид спереди, вертикальный разрез. На фиг.2 - гидроабразивные насадки, их расположение и разрезы по плоскостям А-А и Б-Б.
Гидроабразивный резак содержит корпус 1, узел крепления гидроабразивного резака 2 к колонне труб, гидромониторные насадки 3, 4, радиально расположенные равномерно по всей окружности корпуса, выходные отверстия которых находятся на одном уровне и направлены вверх под углом 5-15° к горизонтальной плоскости, корпус выполнен с вертикальными 5 и
- 3 -
горизонтальными 6 цилиндрическими каналами. Гидромониторные насадки 3 сообщаются с вертикальными цилиндрическими каналами 5 и чередуются с гидромониторными насадками 4, сообщающимися с горизонтальными цилиндрическими каналами 6. Корпус 1 выполнен в виде фигурного стакана с посадочным седлом 7 в его нижней части под нижний шаровой клапан 8 с промывочным цилиндрическим отверстием. Узел для крепления гидроабразивного резака 2 к колонне труб выполнен в виде муфты и образует вместе с корпусом 1 промежуточную полость 9, сообщающуюся с вертикальными цилиндрическими каналами 5. Внутри корпуса 1 расположена неподвижная втулка 10 с перепускными отверстиями 11, уплотнительными элементами 12 и золотником 13 в виде втулки со стопорным кольцом 14 и уплотнительными элементами 15, верхняя часть золотника 13 расточена под посадочное седло для верхнего щарового клапана 16.
Наличие в устройстве золотника 13, стопорного кольца 14 и уплотнительных элементов 12 и 15 обеспечивает герметичность промежуточной полости 9 от гидроабразивной среды во время работы гидромониторных насадок 4.
Наличие перепускных отверстий И в неподвижной втулке 10 обеспечивает сообщение гидроабразивной среды с вертикальными цилиндрическими каналами 5 и гидромониторными насадками 3, при срезке стопорного кольца 14 и перемещении золотника 13 вниз до упора.
Верхний шаровой клапан 17, служащий для срезки стопорного кольца 14 и перемещения золотника 13 вниз до упора, вместе с ним перекрывает доступ гидроабразивной среды в отработанные гидромониторные насадки 4.
Наличие радиально расположенных по всей окружности корпуса гидромониторных насадок, работающих (поочередно) соизмеренное с мощностями существующих в настоящее время наземных насосных агрегатов, позволяет резко сократить процесс резки и расщирить диапазон разрезаемых труб до диаметра 426 мм и более. Помимо этого появляется возможность одновременной резки 3-4 колонн труб, находящихся одна в другой и закрепленных при этом между собой цементным камнем, или производить несколько операций без подъема напорных труб для замены гидромониторных насадок.
Устройство работает следующим образом:
Гидроабразивный резак посредством устройства для крепления к колонне труб жестко крепят на колонне напорных труб (на чертеже не показано) и спускают в скважину на заданную глубину резки. По напорным трубам наземными насосами подают гидроабразивную смесь (вода с песком, раствор с абразивом и др.) под давлением 25-30 МПа. В это время нижний щаровой клапан 8 герметично перекрывает промывочное отверстие посадочного седла 7, при этом давление в устройстве резко возрастает. Гидроабразивная смесь через внутреннее сечение золотника 13 неподвижной втулки 10 и каналы 6 поступает в гидромониторные насадки 4. Истекая из них со скоростью 200-210 м/сек, гидроабразивная смесь разрушает металлическую поверхность разрезаемой
a 3//fi
- 5 -
трубы. При этом колонне напорных труб вместе с устройством нридают вращение вокруг своей оси, в результате чего происходит резка трубы по всей окружности.
По мере разрушения насадок 4 (при проведении нескольких операций по резке или, например, нри резке толстостенных труб большого диаметра), о чем судят по падению давления на наземных насосах при одинаковом расходе гидроабразивной среды, процесс резки прерывают путем прекращения подачи абразива и снижения расхода жидкости и ее давления до 1,0-3,0 МПа. Затем в колонну напорных труб сбрасывают верхний шаровой клапан 17 и продавливают его жидкостью до перекрытия им посадочного седла в золотнике 13, о чем судят по росту давления на выходе наземных насосных агрегатов. После этого плавно поднимают давление на наземных насосных агрегатах до 5,0-8,0 МПа, при котором происходит срезка стопорного кольца 14 и золотник 13 вместе с верхним шаровым клапаном 17 перемещается вниз до упора, открывая при этом отверстия 11 в неподвижной втулке 10. Затем вновь подают гидроабразивную смесь и поднимают рабочее давление до 25-30 МПа. В этом случае гидроабразивная смесь через отверстия 11, промежуточную полость 9 и цилиндрические каналы 5 попадает в другие, неработающие до этого гидромониторные насадки 3 и процесс резки труб продолжается.
Установка осей всех гидромониторных насадок под углом р  5-15° вверх по отношению к горизонтальной плоскости позволяет избежать быстрого разрушения обоймы насадок и корпуса устройства обратной гидроабразивной струей, облегчить вынос отработанного абразива (песка) с плоскости резки и
предотвратить образование абразивных (или резко снизить вероятность) пробок на забое. Установка осей нод углом менее 5° нецелесообразна из-за большой разрушающей силы обратной гидроабразивной струи, а при значениях угла р  15° теряется эффективность резки и увеличивается ее продолжительность.
После прекраш;ения процесса резки устройство вместе с колонной напорных труб извлекают на поверхность.
Пример: Промышленные испытания гидроабразивного резака проведены в скважине на глубине 2354 м, при одновременной резки двух зацементированных; технической колонны диаметром 244,5 м (толщина стенки 11,99 мм) и размещенной в ней эксплуатационной колонны диаметром 177,8 мм (толщина стенки - 12,65 мм). Интервал резки располагался напротив напорного водоносного песчаника. Процесс осуществлялся следующим образом: в 177,8 мм эксплуатационную колонну спустили 89-ти миллиметровые бурильные трубы с гидроабразивным резаком и установили напротив заданного интервала резки. Наземными насосами «Фракмастер и ЦА-320 в 89 мм в бурильные трубы подавали гидроабразивную смесь (80 г песка на 1 литр соляного раствора) при давлении 28,0 МПа и расходе 18,0 л/сек, скорость вращения бурильных труб с гидроабразивным резаком установили в 35 об/мин. После 55 минут резки появилась циркуляция в межколонном пространстве (до этого циркуляция отсутствовала), еще через 15 минут резку приостановили из-за падения давления на насосных агрегатах до 19,0 МПа, что указывало на разрушение первых гидромониторных насадок. В бурильные трубы перестали подавать абразив, снизили расход жидкости и давление до 1,5 МПа. Через лубрикаторное
х//
-7устройство в бурильные трубы сбросили шаровой клапан диаметром 36 мм и продавили его жидкостью до посадки на седло золотника, о чем судили по увеличению давления на выходе насоса до 3,0 МПа. Затем плавно подняли давление до 7,0 МПа, произвели срезку стопорного кольпа и сдвинули золотник вниз до упора, о чем судили по резкому падению давления до 1,0 МПа. После этого вновь повысили расход жидкости до 18,0 л/сек, подняли рабочее давление до 28,0 МПа и подали абразив в бурильные трубы, то есть продолжили процесс резки следующими гидромониторными насадками. Еще через 65 минут процесс резки прекратили, так как помимо рабочей абразивной жидкости, на устье скважины было зафиксировано больщое количество дополнительной жидкости (пластовой воды), выходящей из технической колонны, и межколонных пространств. После этого скважину промыли до полного выноса песка и перелива чистой пластовой воды из водоносного песчаника. Затем подняли 89-ти миллиметровые бурильные трубы вместе с гидроабразивным резаком. Факт обрезания двух колонн был подтвержден методами промысловой геофизики. Общее время резки колонн составило 2 часа 15 минут.
Осложнений при ведении работ не наблюдалось.
Предлагаемая конструкция гидроабразивного резака позволяет:
-расширить область применения устройства;
-повысить эффективность использования и эксплуатационную надежность устройства;
-ускорить процесс резки труб;
-увеличить временной ресурс работы устройства, сократив при этом затраты, связанные со спуско-подъемными операциями по замене отработанных насадок;
-улучшить процесс удаления отработанного абразива с плоскости резки труб (предотвратить образование песчаных пробок на забое).
Экономический эффект от использования данного устройства по сравнению с известными составляет 200-250 тыс.рублей на одну скважиннооперацию.