СТРУЙНАЯ НАСАДКА ДЛЯ ГИДРОПЕСКОСТРУЙНОГО ПЕРФОРАТОРА
WATER INJECTION NOZZLE FOR ABRASIVE JET PERFORATOR

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к струйным насадкам (далее по тексту - насадкам) для гидропескоструйного перфоратора, применяемого при вскрытии пластов для создания каналов и локальных щелей в скважинах с открытым забоем и обсаженных эксплуатационными колоннами и расширения забоев в необсаженных скважинах.
Известна струйная насадка для гидропескоструйного перфоратора, описанная в патенте RU №2247227, МПК Е21В 43/114, В05В 1/34, опубл. 27.02.2005 г., содержащая корпус и проточный коноидальный щелевой канал переменного сечения, выполненный винтовым с углом поворота его продольной оси в интервале 20-60 градусов с уменьшением площади сечения выходного щелевого отверстия по сравнению с входным в 1,5-3 раза. Недостатком данного технического решения является сложность его конструкции (винтообразный канал переменного сечения) и высокий абразивный износ канала насадки, поскольку абразивные частицы, в качестве которых обычно используется песок, под действием силы тяжести концентрируется вблизи нижней стенки канала, что при высокой скорости частиц (160-200 м/с) приводит к быстрому износу канала.
Известен гидропескоструйный перфоратор, описанный в патенте RU №2312979, МПК Е21В 43/114, опубл. 20.12.2007 г., содержащий полый корпус с коническими резьбовыми отверстиями для размещения форсунок (насадок), включающих корпус и твердосплавную струйную вставку с коническим отверстием. Корпус перфоратора имеет углубления для размещения форсунок, а в углублениях в определенном месте и под определенным углом закреплена сменная площадка отражения из твердосплавного материала. В этом техническом решении, как и в предыдущем, также происходит интенсивный износ стенок канала насадки, что требует ее замены, т.е. снижает долговечность работы перфоратора в целом.
Известна также гидромониторная насадка для гидромеханического перфоратора, описанная в патенте RU №2338056, МПК Е21В 43/114, опубл. 10.11.2008 г., имеющая канал для формирования струи жидкости, выполненной с коническим сходящимся соплом, образующим разгонную камеру и соединенным с цилиндрическим участком канала. При этом угол захода конического сопла составляет 13-14 градусов, а длина разгонной камеры составляет 1,3-1,7 диаметра канала. Недостатком данного технического решения является высокий абразивный износ канала насадки, поскольку под действием силы тяжести абразивные частицы концентрируются возле нижней стенки канала, что и является причиной его износа, а следовательно, снижает надежность и долговечность работы перфоратора.
Известна гидромониторная насадка для гидромеханического скважинного перфоратора, описанная в патенте RU №2230182, МПК Е21В 43/114, опубл. 10.06.2004 г., входная кромка которой выполнена с кривизной, радиус которой равен толщине ее стенки. Однако такой радиус захода не исключает возможности вихреобразования, т.е. турбулентный режим движения жидкости, в результате чего в насадке может возникать эффект кавитации, что приводит к ее преждевременному разрушению.
В качестве прототипа, как наиболее близкого по технической сути, выбрана форсунка гидропескоструйного перфоратора, описанная в патенте RU №2448241, МПК Е21В 43/114, опубл. 20.04.2012 г., содержащая корпус с приливом и твердосплавную струйную вставку с отверстием переменного сечения. При этом форсунка снабжена защитной гайкой, а на наружной части прилива корпуса выполнена резьба для соединения с защитной гайкой. Данное техническое решение позволяет предохранить от достаточно быстрого износа коническое отверстие в корпусе перфоратора под струйную насадку и поверхность вблизи него от воздействия отраженной реактивной струи, однако проблема износа канала струйной насадки остается открытой.
Задачей изобретения является создание такой конструкции струйной насадки для гидропескоструйного перфоратора, которая позволила бы существенно снизить износ ее канала и одновременно повысить эффективность (разрушающую способность) истекающей струи.
Достигается это тем, что в известной струйной насадке для гидропескоструйного перфоратора, содержащей продольный канал переменного сечения, выполненный в насадке, согласно изобретению:
- в выходной части канала выполнена вихревая камера, представляющая собой осесимметричную полость, охватывающую участок заданной длины в выходной части канала.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1, на которой в разрезе представлена заявляемая струйная насадка, установленная в корпусе гидропескоструйного перфоратора (вариант исполнения). В коническом отверстии 1 корпуса перфоратора расположена струйная насадка 2, выполненная из твердосплавного материала. Прилив корпуса 1 посредством резьбы служит для соединения с защитной гайкой 3, наружная поверхность которой срезана от внутреннего диаметра к наружному для создания обтекаемой формы, снижающей воздействие от реактивной струи. Насадка 2 содержит продольный канал 4 переменного сечения, имеющий на входе, например, скругленные края 5, а на выходе выполненный в виде цилиндра 6. В выходной части канала 4 выполнена вихревая камера 7, представляющая собой осесимметричную полость, охватывающую участок заданной длины в выходной части канала 4. Направление движения жидкости, истекающей из насадки, показано стрелкой. Данные о форме вихревой камеры 7 и ее геометрических размерах являются «ноу-хау» заявителя.
Работа заявляемого технического решения происходит следующим образом. Гидропескоструйный перфоратор с установленными струйными насадками, прикрепленный к колонне напорных труб, опускают в скважину и подают под давлением гидроабразивную смесь, представляющую собой смесь воды и песка в заданном соотношении, истекающую через канал 4 насадки 2. При прохождении гидроабразивной смеси через канал 4 в вихревой камере 7 образуются вихревые потоки. В результате воздействия вихревых потоков происходит значительное дифференцирование вектора скорости гидроабразивной смеси в продольной плоскости сечения насадки 2 с увеличением скорости ближе к продольной оси и ее уменьшению к периферии, что приводит к увеличению полезной длины истекающей струи, а следовательно, к повышению ее эффективности (разрушающей способности). Направление движения абразивных частиц благодаря реализующимся в вихревой камере вихревым потокам смещается к центру потока (к продольной оси канала 4), а скорость их движения на выходе из канала 4 увеличивается. При этом концентрация абразивных частиц и их скорость у стенок канала 4 снижается, что снижает его абразивный износ. Воздействие абразивных частиц на вихревую камеру 7 также отсутствует благодаря инерции приданного им направления движения. Таким образом, применение насадки предлагаемой конструкции позволяет увеличить эффективность и срок службы насадок гидропескоструйных перфораторов. Заявителем проведены расчеты поля скорости жидкости, протекающей внутри канала и траектории движения абразивных частиц при наличии вихревой камеры и без нее, которые позволили выбрать оптимальную форму вихревой камеры, ее размеры и положение относительно канала 4 насадки 2.
Приводимые в формуле изобретения отличительные признаки являются новыми по сравнению с прототипом, в связи с чем изобретение соответствует критерию «новизна».
Патентные исследования показали, что в изученном уровне техники отсутствуют аналогичные технические решения, т.е. заявляемое техническое решение не следует явным образом из изученного уровня техники и, таким образом, соответствует критерию «изобретательский уровень».
Данное техническое решение может быть воспроизведено промышленным способом, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость».
Учитывая изложенное, заявитель считает, что заявленное техническое решение может быть защищено патентом на изобретение.