СЕКЦИОННЫЙ ГИДРОПЕРФОРАТОР

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть применена для вскрытия продуктивных пластов в скважинах с открытым забоем и с обсадными колоннами.
Известен аналог заявляемой полезной модели, например, скважинный гидроабразивный перфоратор, описанный в патенте RU №2254452, МПК E21B 43/114, опубл. 20.06.2005 г., содержащий полый корпус, состоящий из отдельных секций и выполненный со струйными насадками, размещенными по высоте корпуса спиралеобразно и направленными под острым углом к горизонтальной оси корпуса. Корпус содержит также хвостовик, верхний и нижний шаровые клапаны, срезную муфту, упорное кольцо в нижней части верхней секции. Корпус может быть выполнен с несколькими секциями, аналогичными верхней. Диаметр шарового клапана каждой верхней секции, начиная снизу, меньше внутреннего диаметра срезной муфты предыдущих верхних секций и соответствует посадочному седлу срезной муфты, соответствующей последней из верхних секций корпуса. При этом корпус выполнен с эксцентрично расположенными осями внутреннего и внешнего диаметров. Верхняя секция выполнена однокорпусная с промежуточной муфтой диаметром, равным диаметрам срезной муфты и упорного кольца. Струйные насадки верхней секции выполнены с наружной и внутренней технологическими заглушками. Каждая секция перфоратора выполнена с разобщающим уплотнительным узлом, расположенным после каждой нижней насадки и имеющим перепускное отверстие, поршень и уплотнительный элемент. Аналогу присущи следующие недостатки:
- эксцентричность расположения внутреннего и внешнего диаметров, приводящая к утонению стенки, противоположно установленной насадке (форсунке), влечет за собой снижение прочности корпуса перфоратора, что требует более низкого перепада давлений на форсунках, а, следовательно, снижает энергию водопесчаной струи, разрушающей преграду;
- невозможность установки насадок (форсунок) на одной оси из-за эксцентричности диаметров, приводит к появлению изгибающего момента при истечении струи из насадок (форсунок), что при достаточно большом плече, определяемом как расстояние по высоте между насадками (0,2-0,3 м) может привести к потере прочностных свойств корпуса перфоратора и его разрушению;
- за счет эксцентричности расположения внутреннего и внешнего диаметров корпуса существенно усложняется изготовление перфоратора и возрастает его стоимость.
Известен также секционный гидропескоструйный перфоратор, описанный в патенте RU №2466270, МПК E21B 43/114, опубл. 10.11.2012 г., содержащий полый корпус, состоящий из отдельных секций со струйными насадками. Для соединения секций перфоратор снабжен проставками различной длины и муфтами. Соединение выполнено встык посредством муфт, расположенных снаружи, а соединительные концы муфт, проставок и каждой секции выполнены с правой и левой резьбой. Недостатком этого аналога является то, что при работе данного перфоратора одновременно задействуются все незаглушенные струйные насадки, что приводит к их одновременному износу и необходимости проведения подъемно-спускных операций перфоратора с целью демонтажа изношенных форсунок и установки новых форсунок. Указанные факторы в целом снижают эффективность перфоратора.
В качестве прототипа, как наиболее близкого по своей технической сути, выбран секционный гидропескоструйный гидроперфоратор, описанный в патенте RU №132835, МПК E21B 43/114, 2013 г., содержащий полый корпус, состоящий из отдельных секций со струйными насадками, соединенных между собой встык посредством внешних муфт, при этом соединительные концы муфт и каждой секции выполнены с левой и правой резьбой. Струйные насадки верхних секций выполнены с герметичными заглушками, а во внутренних полостях верхних секций установлены подвижные шаровые клапаны, опирающиеся на заглушки насадок, при этом внутренний диаметр нижнего шарового клапана меньше внутреннего диаметра установленного выше шарового клапана. В начале каждой из секций со струйными насадками, расположенных ниже верхней секции, установлены неподвижные секционные клапаны с седлом, а отверстия струйных насадок в каждой секции расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси симметрии гидроперфоратора в диаметрально противоположных точках корпуса гидроперфоратора.
Недостатком прототипа, как и аналогов, является то, что он устанавливается на колонне насосно-компрессорных труб как единое целое напротив интервала, подлежащего гидроабразивной обработке. Таким образом, при необходимости гидроабразивной обработки нескольких интервалов, расположенных на различных глубинах скважины, например, на глубинах 2453 м, 2188 м и 1846 м, необходимо дополнительно поднимать или опускать (для обработки глубин 2188 м и 1846 м) колонну насосно-компрессорных труб. Это занимает значительное время (несколько дней) и существенные финансовые затраты, соответственно, снижается эффективность работы гидроперфоратора.
Задачей, решаемой полезной моделью, является создание высокоэффективного гидроперфоратора, позволяющего существенно снизить трудоемкость работ при вскрытии пластов.
Достигается это тем, что в секционном гидроперфораторе, состоящем из отдельных полых секций со струйными насадками, струйные насадки верхних секций снабжены герметичными внутренними технологическими заглушками, во внутренних полостях верхних секций установлены подвижные шаровые клапаны с посадочными седлами, опирающиеся на внутренние технологические заглушки насадок, причем внутренний диаметр нижнего подвижного шарового клапана меньше внутреннего диаметра установленного выше подвижного шарового клапана, в нижней части секций со струйными насадками, расположенных выше нижней секции, установлены неподвижные секционные клапаны с седлом, взаимодействующие с выше расположенным подвижным шаровым клапаном после его перемещения, а отверстия струйных насадок в каждой секции расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси симметрии гидроперфоратора в диаметрально противоположных точках секции гидроперфоратора, согласно полезной модели:
- каждая из секций гидроперфоратора устанавливается посредством резьбового соединения на заданной высоте колонны насосно-компрессорных труб;
- секции соединены между собой посредством насосно-компрессорных труб;
- каждая из секций гидроперфоратора оснащена центратором.
Суть заявляемой полезной модели поясняется на фиг., на которой приведен продольный разрез секционного гидроперфоратора (приведен вариант гидроперфоратора, состоящего из трех секций).
Секционный гидроперфоратор содержит отдельные полые секции 1 и 2 с установленными в них насадками 3 (форсунками). Количество секций определяется эксплуатационной необходимостью и конструктивными возможностями. Отверстия струйных насадок 3 в каждой из секций расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси симметрии а гидроперфоратора в диаметрально противоположных точках его корпуса. Предпочтительное количество насадок 3 в одной секции - две или четыре. Присоединение секций к колонне труб 10 осуществляется посредством муфт 9. Струйные насадки 3 верхних секций (на фиг. секции 1) снабжены герметичными внутренними технологическими заглушками 7, рассчитанными на рабочее давление жидкости внутри полости гидроперфоратора при его работе, т.е. заглушка 7 препятствует протеканию через нее жидкости. Во внутренних полостях верхних секций (секции 1 на фиг.) установлены подвижные шаровые клапаны 4 с посадочными седлами, опирающиеся на внутренние технологические заглушки 7. При этом внутренний диаметр подвижного шарового клапана нижестоящей секции меньше внутреннего диаметра подвижного шарового клапана секции, установленной выше. Кроме этого, в нижней части секций со струйными насадками 3, расположенных выше нижней секции 2, установлены неподвижные секционные клапаны 5 с седлом, взаимодействующие с вышерасположенным в секции подвижным клапаном 4 после его перемещения. Каждая секция гидроперфоратора содержит центратор 6, предназначенный для фиксации положения гидроперфоратора в обсадной колонне.
Заявляемое устройство работает следующим образом. Секции гидроперфоратора на заданных высотах при помощи муфт 9 встраивают в колонну напорных труб 10, опускают в скважину и устанавливают напротив интервалов, подлежащих гидроабразивной обработке и подают внутрь корпуса под давлением гидроабразивную смесь (жидкость с добавленным в нее песком определенного размера и заданного объемного соотношения). Гидроабразивная смесь подается насосными агрегатами высокого давления, способными развивать давление до 70 МПа. Поскольку струйные насадки 3 верхних секций 1 заглушены герметичными технологическими заглушками 7, гидроабразивная смесь истекает из струйных насадок 3 только нижней секции 2, и за счет абразивного и гидромониторного эффектов высокоскоростных песчано-жидкостных струй происходит разрушение интервала породы, расположенного напротив нижней секции 2. После проведения первого цикла гидроабразивной обработки, определяемого заданным интервалом времени, в колонну напорных труб 10 (сверху скважины) опускают шар 8 соответствующего диаметра, который достигает гидроперфоратора и, беспрепятственно пройдя через верхний на фиг. подвижный шаровой клапан 4, перекрывает внутреннее отверстие (проходное сечение) нижнего подвижного шарового клапана 4 с соответствующим диаметром проходного сечения. За счет усилия, создаваемого гидроабразивной смесью, подаваемой под давлением, нижний подвижный шаровой клапан 4 начинает двигаться вниз и срезает внутренние герметичные технологические заглушки 7, расположенные в насадках секции 1, а заглушенный шаром 8 клапан 4 перемещается до упора в неподвижный секционный клапан 5, расположенный в конце секции 1, перекрывая тем самым доступ водопесчаной смеси к струйным насадкам 3 секции 2 (нижней секции). Надежность перекрытия достигается благодаря взаимодействию седла секционного клапана 5 с соответствующей формы нижним торцом подвижного шарового клапана 4 и шаром 8, перекрывающим проходное сечение шарового клапана 4. Срезанные части заглушек 7 секции 1 под действием силы тяжести опускаются на дно секции 2. Таким образом, гидроабразивная смесь к струйным насадкам 3 нижней секции 2 не поступает, а истекает через открывшиеся струйные насадки 3 секции 1. После проведения очередного цикла гидроабразивной обработки, определяемого заданным интервалом времени, в колонну напорных труб 10 опускают следующий шар 11 соответствующего диаметра (диаметр этого шара больше, чем диаметр предыдущего шара 8), который, достигнув задействуемой секции гидроперфоратора, перекрывает внутреннее отверстие подвижного шарового клапана 4, при этом за счет усилия, создаваемого гидроабразивной смесью, подаваемой под давлением, клапаном 4 срезаются внутренние герметичные технологические заглушки 7 струйных насадок 3 секции 1, и подвижный шаровой клапан 4 перемещается до упора в неподвижный секционный клапан 5, расположенный в конце секции 1. Доступ гидроабразивной смеси в отработавшую секцию 1 прекращается, и смесь начинает истекать через открывшиеся струйные насадки 3 секции 1 (верхней на фиг.), разрушая породу находящегося напротив нее интервала. После заданного промежутка времени подача гидроабразивной смеси к гидроперфоратору прекращается, и он может быть поднят из скважины.
Технический результат от применения заявляемого гидроперфоратора заключается в повышении его эффективности за счет проведения гидроабразивной обработки нескольких интервалов по глубине скважины без проведения операций спуска и подъема колонны насосно-компрессорных труб.
Отличительные признаки, присущие заявляемой конструкции, являются новыми по сравнению с прототипом, поэтому полезная модель соответствует критерию «новизна».
Заявляемая конструкция гидроперфоратора может быть воспроизведена промышленным способом на известном оборудовании, следовательно, она соответствует критерию «промышленная применимость».
Заявляемый гидроперфоратор позволяет встраивать секции в колонну напорных труб на заданных высотах напротив обрабатываемых интервалов, что позволяет исключить операции спуска и подъема колонны между циклами гидроабразивной обработки.
Учитывая изложенное, заявитель считает, что данное техническое решение может быть защищено патентом на полезную модель.