Гидромониторная насадка для кислотной обработки горизонтального ствола скважины
JET NOZZLE FOR HORIZONTAL WELLBORE ACIDIZING

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к кислотной обработке призабойной зоны горизонтального ствола скважины с целью восстановления её проницаемости.
Известна гидромониторная насадка (патент РФ № 2374448, опубл. 27.11.2009), содержащая корпус с первой сопловой головкой, размещенной на ее переднем торце, причем ось выходного отверстия первой сопловой головки в плоскости переднего торца корпуса имеет угол наклона к оси вращения корпуса и смещена относительно оси вращения, и второй сопловой головкой, размещенной на боковой поверхности корпуса, причем ось выходного отверстия второй сопловой головки наклонена к оси вращения корпуса в сторону его переднего торца. В корпусе установлено устройство прерывания потока, которое содержит диск, выполненный в виде стакана, дно, и боковые стенки которого имеют прорези в форме секторов и турбинку, представляющую собой крыльчатку, состоящую из ступицы и лопастного венца, например, с четырьмя лопастями, расположенными под углом к оси насадки, при этом диск и турбинка закреплены на оси, которая, в свою очередь, установлена в подшипниках скольжения, один из которых закреплен в корпусе насадки со стороны переднего торца, другой в центральной части опоры, имеющей форму кольца с ребрами жесткости, с внешним радиусом, равным радиусу проточки, в которой она установлена, при этом опора зафиксирована резьбовым кольцом.
Недостатками устройства являются:
- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей (турбинка, диск, подшипники скольжения и т.д.);
- высокая себестоимость изготовления, связанная с необходимостью изготовления технически сложных деталей (ступица, венец с четырьмя лопастями, диск и т.д.);
- низкая надёжность работы, связанная с высокой вероятностью выхода из строя турбинки в скважинных условиях.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гидромониторная насадка (патент РФ № 2165020, опубл. 10.04.2001), содержащая корпус с центральным соплом, размещенным на его переднем торце и боковыми соплами, выполненными в виде сменных сопловых головок.
0
Вторые сопла размещены на боковой поверхности корпуса, при этом ось выходного отверстия первого сопла в плоскости его переднего торца смещена от оси вращения корпуса на расстояние: Δ = (D/d)d мм,
0
где D - внутренний диаметр корпуса насадки;                 d -диаметр конического отверстия;                 d - диаметр выходного отверстия,
и наклонена к оси вращения корпуса под углом α=5-30°, а ось выходного отверстия второго сопла наклонена к оси вращения корпуса в сторону его переднего торца под углом β=50-80°, а на боковой поверхности корпуса выполнено не менее двух сопел, при этом сопла выполнены в виде сменных сопловых головок с внешней конической поверхностью, имеющей меньшее основание переднего торца, и установленных в соответствующие ответные отверстия корпуса, при этом соосно коническому(им) отверстию(ям) в корпусе на боковой поверхности выполнено цилиндрическое(ие) отверстие(я) с диаметром не менее максимального диаметра сопловой головки, снабженное(ые) заглушкой с уплотнительной манжетой.
Недостатками устройства являются:
- низкая эффективность перемещения и равномерного воздействия струи жидкости из сопел насадки при прохождении гибкой трубы с гидромониторной насадкой по горизонтальному стволу за счет высокого сопротивления коллектора призабойной зоны скважины, и вследствие отсутствия реактивной силы для движения насадки в горизонтальном стволе скважины:
- низкое качество обработки призабойной зоны скважины, что связанно с ограниченным охватом площади поперечного сечения горизонтального ствола, обрабатываемого кислотным воздействием, так как основной поток гидромониторного воздействия осуществляется через боковые сопла насадки, а не через переднее (центральное) сопло;
- низкая надёжность работы, связанная с потерей герметичности устройства при вращении корпуса, а также высокой вероятностью заклинивания корпуса при его вращении в скважинных условиях, вследствие взаимодействия переднего торца корпуса с обрабатываемой породой горизонтального ствола скважины.
Техническими задачами изобретения являются повышение эффективности перемещения гибкой трубы с гидромониторной насадкой по горизонтальному стволу скважины и равномерного воздействия струи жидкости из сопел насадки, повышение качества обработки призабойной зоны скважины, повышение надёжности работы в горизонтальном стволе скважины.
Поставленные технические задачи решаются гидромониторной насадкойдля кислотной обработки горизонтального ствола скважины, содержащей корпус с центральным соплом, размещенным на его переднем торце и боковыми соплами, выполненными в виде сменных сопловых головок, и наружной резьбой, выполненной с противоположной стороны центрального сопла.
Новым является то, что на наружной цилиндрической поверхности корпуса между наружной резьбой и центральным соплом выполнена кольцевая выборка, в кольцевой выборке в корпусе размещены радиальные каналы, на наружную цилиндрическую выборку корпуса с возможностью вращения и ограниченного осевого смещения установлена втулка, при этом втулка оснащена внутренней цилиндрической выборкой гидравлически сообщающейся внутри с радиальными каналами корпуса, а снаружи с выходными отверстиями, выполненными на втулке, причём внутренняя коническая поверхность центрального сопла имеет большее основание снаружи, а у боковых сопел внутренняя коническая поверхность имеет большее основание внутри, при этом диаметр центрального сопла в 2,5-3 раза больше диаметра боковых сопел, оси выходных отверстий боковых сопел наклонены к оси корпуса под углом α=70°, причём количество боковых сопел от 4 до 6, кроме того, оси выходных отверстий боковых сопел выполнены во втулке со смещением на угол  β = 40-50° относительно секущей плоскости втулки.
На фиг. 1 схематично в поперечном сечении изображена гидромониторная насадка для кислотной обработки горизонтального ствола скважины.
На фиг. 2 схематично изображен вид – А гидромониторной насадки для кислотной обработки горизонтального ствола скважины.
На фиг. 3 схематично в увеличенном виде – В изображено уплотнение двухстороннего действия.
Гидромониторная насадка содержит корпус 1 (фиг. 1-3) с центральным соплом 2 (фиг. 1), размещенным в выходном отверстии 3, выполненном на переднем торце корпуса 1, и боковыми соплами 4 (фиг. 1, 2), установленными в выходные отверстия 5 (фиг. 1), выполненные на втулке 6. Сопла 2 и 4 выполнены в виде сменных сопловых головок.
Установку центрального сопла 2 в выходное отверстие 3 и установку боковых сопел 4 в выходные отверстия 5 втулки 6 осуществляют с помощью резьбовых соединений (на фигуре показано условно).
Корпус 1 снабжён наружной цилиндрической поверхностью 7 (фиг. 1) и радиальными каналами 8 (фиг. 1), а также наружной цилиндрической выборкой 9, выполненной на переднем конце корпуса 1. На наружную цилиндрическую выборку 9 корпуса 1 с возможностью вращения и ограниченного осевого смещения установлена втулка 6 (фиг. 1-3).
Втулка 6 оснащена внутренней цилиндрической выборкой 10 (фиг. 1) гидравлически сообщающейся внутри с радиальными каналами 8 корпуса 1.
Снаружи внутренняя цилиндрическая выборка 10 гидравлически сообщается с выходными отверстиями 5, выполненными на втулке 6.
Внутренняя коническая поверхность центрального сопла 2 имеет большее основание снаружи, а у боковых сопел 4 внутренняя коническая поверхность имеет большее основание внутри. Оси выходных отверстий 5 боковых сопел 4 наклонены к оси корпуса под углом 70°, а количество боковых сопел 4 от 4 до 6. Например, применяют четыре боковых сопла 4.
ц
б
ц
б
2
2
2
2
2
2
Диаметр - D центрального сопла 2 в 2,5 раза больше диаметра - d боковых сопел 4. Например, центральное сопло 2 имеет диаметр 8 мм. Тогда площадь поперечного сечения центрального сопла 2 равна: S = (π·d)/4 = 3,14 · (8 мм)/ 4 = 50,24 мм, а каждое из четырёх боковых сопел 4 имеет диаметр 3 мм. Тогда суммарная площадь поперечного сечения боковых сопел 4 равна: S = 4· (π·d)/4 = 4· (3,14 · (8 мм)/ 4) = 28,24 мм. Таким образом S> S.
Втулка 6 имеет возможность ограниченного осевого перемещения относительно корпуса 1 в пределах зазора S равного 3-7 мм, например S = 5 мм, что исключает заклинивание втулки 6 при её вращении относительно корпуса 1.
Оси выходных отверстий 5 боковых сопел 4 выполнены во втулке со смещением на угол 40-50° относительно секущей плоскости втулки 6. Для предотвращения несанкционированных перетоков жидкости в процессе работы устройства применяют два уплотнения двустороннего действия 11 (фиг. 1, 3).
Каждое уплотнение двустороннего действия 11 состоит из двух резиновых колец круглого сечения 12 (фиг. 3), уплотнительного кольца из модифицированного фторопласта 13 и уплотнительного кольца из эластомера 14.
Резиновые кольца 12 круглого сечения создают предварительное прижатие уплотнения двустороннего действия 11 с одной стороны к поверхности втулки, а с другой стороны к уплотнительному кольцу из модифицированного фторопласта 13. Также резиновые кольца 12 круглого сечения от действия давления жидкости - Р, возникающего во внутренней цилиндрической выборке 10 втулки 6 осуществляют дополнительное прижатие уплотнительного кольца из модифицированного фторопласта 13 к корпусу 1. Уплотнительное кольцо из модифицированного фторопласта 13 выполняет роль подшипника скольжения и в то же время защищает уплотнительное кольцо из эластомера 14  от выдавливания в зазор между корпусом 1 и втулкой 6. Такая конструкция уплотнения двустороннего действия 11 обеспечивает долговременную надёжную герметизацию устройства в процессе его работы.
Cоотношение размеров наружного диаметра корпуса и внутреннего диаметра втулки зависит от диаметра горизонтального ствола скважины, расхода, создаваемого насосным агрегатом, и определяется опытным путем. Конструктивно для удобства сборки устройства передний торец корпуса 1 может быть выполнен в виде кольца с резьбой (на фиг. 1 показано условно). Таким образом, втулка 6 вставляется с переднего торца корпуса 1 на наружную цилиндрическую выборку 9 корпуса 1, а затем по резьбе вворачивается кольцо корпуса 1, что ограничивает возможность осевого перемещения втулки 6 относительно корпуса в пределах зазора S.
Устройство работает следующим образом.
Гидромониторная насадка на устье скважины соединяется с колонной гибких труб (ГТ) 15 (фиг. 1, 2) с помощью резьбы 16 (фиг. 1) и спускается на конце колонны ГТ 15 до входа в открытый горизонтальный ствол скважины (на фиг. 1-3 не показано). На устье скважины верхний конец колонны ГТ 15 обвязывается с насосным агрегатом. Производительность и давление закачки насосного агрегата подбирается опытным путем исходя из геолого-технических условий и конструктивных размеров центрального 2 (см. фиг. 1) и боковых 4 сопел гидромониторной насадки. Далее с помощью насосного агрегата производят обработку призабойной зоны горизонтального ствола скважины, например закачкой 15-%-ого водного раствора соляной кислоты в колонну ГТ 15 с одновременным перемещением колонны ГТ 15 вниз по горизонтальному стволу скважины со скоростью 0,25 м/с или до пробуренного забоя.
Под действием давления жидкости (водного раствора соляной кислоты) происходит гидромониторная обработка призабойной зоны открытого горизонтального ствола одновременно через центральное 2 и боковые сопла 4 насадки, при этом боковые сопла 4 втулки 6, наклонённые под углом α=70° к оси корпуса 1 обладают реактивным моментом, содействующим перемещению колонны ГТ 15 в горизонтальном стволе скважины, а благодаря тому, что оси выходных отверстий 5 боковых сопел 4 выполнены во втулке со смещением на угол β=40-50° относительно секущей плоскости втулки 6 обеспечивается вращение втулки 6 относительно корпуса 1, что обеспечивает равномерное кислотное гидромониторное воздействие по всей поверхности призабойной зоны горизонтального ствола скважины.
Гидромониторная насадка позволяет повысить эффективность воздействия струи жидкости (кислоты) из сопел насадки, вследствие наличия реактивной силы для движения насадки в горизонтальном стволе скважины.
Повышается качество обработки призабойной зоны скважины, вследствие равномерного охвата поверхности горизонтального ствола, обрабатываемого кислотным воздействием, так как основной поток жидкости при гидромониторном воздействии осуществляется через центральное сопло и дополнительно через боковые сопла.
Повышается надёжность работы, связанная с исключением негерметичности устройства при вращении корпуса, вследствие применения усовершенствованной конструкции уплотнения двустороннего действия, которое обеспечивает долговременную надёжную герметизацию устройства в процессе его работы.
Кроме того, при взаимодействии переднего торца корпуса с обрабатываемой породой горизонтального ствола скважины исключается вероятность заклинивания корпуса и отказ устройства в работе, так как конструктивно вращается втулка, находящаяся на корпусе, а сам корпус неподвижен.
Предлагаемое устройство позволяет:
- повысить эффективность воздействия струи жидкости из сопел насадки;
- повысить качество обработки призабойной зоны скважины;
- низкая надёжность работы.