Гидромониторный инструмент для очистки забоя скважины
WATER JET TOOL FOR BOTTOMHOLE CLEANING

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к ремонту скважин, в частности к устройствам для очистки и промывки забоя скважины с уплотнёнными песчаными и/или проппантными пробками.
Известна насадка гидромониторная (патент RU № 178909, опубл. 23.04.2018) выполнена из монолитного корпуса, внутренняя часть которого образована трехступенчатой цилиндрической полостью разного диаметра, предназначенной для прохода промывочной жидкости. В нижней части полости корпуса меньшего диаметра размещен поршень, содержащий промывочный канал, нижняя часть штока поршня выполнена под углом к горизонтали, в верхней части полости корпуса меньшего диаметра размещена упорная шайба, ограничивающая движение поршня внутри корпуса, на боковой поверхности нижней части корпуса имеются, по меньшей мере, три отверстия, расположенные под углом 45° к оси корпуса.
Недостатками данной насадки являются:
- во-первых, ограниченная область применения, так как она предназначена только для рыхлых отложений из-за отсутствия механического разрушающего элемента;
- во-вторых высокая металлоемкость, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- в-третьих, сложность изготовления и обслуживания, так как насадка имеет большое количество сложных точно сопрягаемых деталей;
- в-четвёртых, низкая эффективность воздействия гидромониторной струи на забой скважины с песчаной пробкой;
- в-пятых, длительность работы, так как при применении данного устройства с целью очистки забоя скважины от песчаной пробки необходимо выполнить два спуско-подъема колонны труб, при этом в качестве колонны труб применяется колонна насосно-компрессорных труб.
Также известно устройство для промывки забоя скважины (патент RU № 2529067, опубл. 27.09.2014), содержащее цилиндрический корпус с полостью, упорным кольцом и клапаном, причем цилиндрический корпус имеет возможность присоединения к трубной колонне, при этом в упорном кольце цилиндрического корпуса выполнены гидромониторные каналы для гидравлического сообщения полости цилиндрического корпуса с затрубным пространством, причем половина окружности нижнего торца цилиндрического корпуса выполнена в виде пилообразного рыхлителя, а другая половина нижнего торца цилиндрического корпуса оснащена косым срезом, при этом в упорном кольце цилиндрического корпуса со стороны пилообразного рыхлителя эксцентрично оси цилиндрического корпуса по окружности выполнены не менее двух гидромониторных каналов, а в упорном кольце цилиндрического корпуса со стороны косого среза эксцентрично оси цилиндрического корпуса выполнено отверстие, причем в полости цилиндрического корпуса напротив отверстия установлен клапан, пропускающий снизу вверх и выполненный в виде клапанной клетки с шаром, установленным в отверстие упорного кольца, причем клапанная клетка жестко закреплена к упорному кольцу.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, сложность изготовления и обслуживания, связанная с большим количеством узлов и деталей;
- во-вторых, необходимость больших расходов жидкости для вымывания песка с забоя из-за наличия циркуляционного клапана и нет возможности изменения режимов работы гидромониторных насадок в процессе очистки без извлечения из скважины, перенастройки и повторного спуска оборудования;
- в-третьих, низкая эффективность воздействия на песчаную пробку, так как гидромониторный канал находится по центральной оси и не имеет возможности вращения, что существенно ограничивает площадь эффективного воздействия струи на забой скважины при размыве песчаной пробки;
- в-четвертых, длительность работы, так как при применении данного устройства с целью очистки забоя скважины от песчаной пробки необходимо выполнить два спуско-подъема колонны труб, при этом в качестве колонны труб применяется колонна насосно-компрессорных труб.
Наиболее близким по технической сущности является гидромониторная насадка для очистки скважины от песчаной пробки, включающая цилиндрический корпус с полостью, торцовым режущим инструментом и упорным кольцом, оснащённым гидромониторными каналами для размыва песчаной или проппантной пробки и гидравлического сообщения полости цилиндрического корпуса со скважинным пространством,  а сверху цилиндрический корпус присоединен к колонне промывочных труб (патент RU № 2715003, опубл. 21.02.2020). Упорное кольцо изготовлено в виде конусного сужения внутренней полости, играющего роль гидромониторного канала, клапан выполнен в виде бросового с устья скважины гидромониторного вкладыша с конусным участком под конусное сужение корпуса и центральным гидромониторным отверстием, причем длина гидромониторного вкладыша для исключения вращения при спуске выполнена больше внутреннего диаметра колонны промывочных труб.
Недостатками данной гидромониторной насадки являются:
- во-первых, низкая эффективность гидромониторного воздействия на песчаную или проппантную пробку, так как гидромониторный канал находится по центральной оси и не охватывает гидромониторным воздействием кольцевую площадь под инструментом, т.е. гидромониторное воздействие происходит только по центру песчаной или проппантной пробки. Это существенно ограничивает площадь эффективного гидромониторного воздействия струи на забой скважины при размыве уплотнённой песчаной или проппантной пробки;
- во-вторых, низкое качество промывки размытого на забое песка. Это обусловлено тем, что при обратной промывке через гидромониторный канал по колонне труб невозможно поднять размытый песок на устье скважины, а при прямой промывке вымываемый песок под собственным весом будет обратно оседать на забой скважины, особенно в эксплуатационных колоннах диаметром 168 мм и даже при больших расходах насосного агрегата невозможно вымыть на поверхность весь размытый песок (проппант);
- в-третьих, низкая скорость размыва уплотнённой песчаной или проппантной пробки из-за отсутствия вращения колонны труб при гидромониторном воздействии и при этом  дополнительного воздействия на уплотнённую пробку торцевым режущим инструментом;
- в-четвертых, длительность работы, так как при применении данного устройства с целью очистки забоя скважины от уплотнённой песчаной или проппантной пробки из-за невозможности обратной промывки необходимо выполнить два спуско-подъема колонны труб: первый - для гидромониторного воздействия на уплотнённую песчаную или проппантную пробку с целью размыва; второй – для вымывания размытого песка или проппанта с забоя скважины.
Техническими задачами изобретения являются повышение эффективности гидромониторного воздействия на песчаную или проппантную пробку, повышение качества промывки размытого на забое песка, а также повышение скорости размыва уплотнённой песчаной или проппантной пробки и сокращение продолжительности работ по очистке забоя скважины от уплотнённой песчаной или проппантной пробки.
Поставленные технические задачи решаются гидромониторным инструментом для очистки забоя скважины, включающим цилиндрический корпус с полостью, торцовым режущим инструментом и упорным кольцом, оснащённым гидромониторными каналами для размыва песчаной или проппантной пробки и гидравлического сообщения полости цилиндрического корпуса со скважинным пространством,  а сверху цилиндрический корпус присоединен к колонне промывочных труб.
Новым является то, что нижний конец торцевого режущего инструмента оснащён зубчатыми насечками, а упорное кольцо жестко зафиксировано в нижней части   цилиндрического корпуса, при этом упорное кольцо оснащено центральным каналом для обратной промывки и эксцентрично расположенными гидромониторными каналами, гидромониторные каналы расположены на различном расстоянии от центральной оси цилиндрического корпуса, причём центральный канал сверху оснащён посадочным седлом, на котором установлен конус, а внутри цилиндрического корпуса напротив конуса установлены центраторы с переточными каналами, при этом в цилиндрическом корпусе выше центраторов жёстко установлен ограничитель хода, позволяющий ограничивать осевое перемещение конуса  с возможностью открытия центрального канала цилиндрического корпуса при обратной промывке скважины.
На фиг. 1 изображен предлагаемый гидромониторный инструмент для очистки забоя скважины в процессе гидромониторного воздействия.
На фиг. 2 изображен предлагаемый гидромониторный инструмент для очистки забоя скважины в процессе обратной промывки.
На фиг. 3 изображено сечение А-А предлагаемого гидромониторного инструмента для очистки забоя скважины.
На фиг. 4 изображено сечение Б-Б предлагаемого гидромониторного инструмента для очистки забоя скважины.
Гидромониторный инструмент для очистки забоя скважины включает цилиндрический корпус 1 (см. фиг. 1, 2, 3, 4) с полостью 2 (см. фиг. 1, 2), торцовым режущим инструментом 3 и упорным кольцом 4. Торцевой режущий инструмент 3 на нижнем торце оснащён зубчатыми насечками, например в количестве 4 штук (на фиг 1 и 2 показано условно).
Упорное кольцо 4 (см. фиг. 1, 2 и 3) оснащено гидромониторными каналами 5'; 5"; 5"'; 5"" для гидравлического сообщения полости 2 цилиндрического корпуса 1 со скважинным пространством 6 (см. фиг. 1, 2).
Упорное кольцо 4 жестко зафиксировано, например с помощью сварки, в нижней части   цилиндрического корпуса 1.
1
2
3
4
1
2
3
4
Упорное кольцо 4 оснащено центральным каналом 7 (см. фиг. 1, 2, 3) для обратной промывки и эксцентрично расположенным гидромониторными каналами 5'; 5"; 5"'; 5""(см. фиг. 3). Гидромониторные каналы 5'; 5"; 5"'; 5"" расположены на различном расстоянии от центральной оси цилиндрического корпуса 1 (r; r; r; r). Например, каждый из гидромониторных каналов 5'; 5"; 5"'; 5"" имеет диаметр d = 8 мм, а расстояние от центральной оси цилиндрического корпуса 1: r = 36 мм = 3,6 см; r= 40 мм =4,0 см; r= 44 мм = 4,4 см; r = 48 мм = 4,8 см, при этом центральный канал 7, например имеет диаметр D = 30 мм = 3 см.
Центральный канал 7 (см. фиг. 1 и 2) сверху оснащён посадочным седлом 8.
На посадочное седло 8 центрального канала упорного кольца установлен конус 9.
Внутри цилиндрического корпуса 1 напротив конуса 9 (см. фиг. 1, 2 и 4) жестко установлены центраторы, например в количестве четырёх штук: 10'; 10"; 10"'; 10"" (см. фиг. 4) с переточными каналами 11'; 11"; 11"'; 11"" (см. фиг. 1, 2, 4) между центраторами 10'; 10"; 10"'; 10"".
Центраторы 10'; 10"; 10"'; 10"" выполнены в виде полуцилиндров, рассеченных по центру и жестко зафиксированных на внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1.
В цилиндрическом корпусе 1 (см. фиг. 1 и 2) выше центраторов 10'; 10"; 10"'; 10"" жёстко установлен ограничитель хода 12 (см. фиг. 1, 2) с отверстиями 13, например выполнено 10 отверстий диаметром 20 мм. Ограничитель хода 12 позволяет ограничивать осевое перемещение конуса 9 вверх с возможностью открытия центрального канала 7 упорного кольца 4 цилиндрического корпуса 1 при обратной промывке скважины.
Расстояние - а от верхнего торца конуса 9 до нижнего торца ограничителя хода 12 больше, чем расстояния - b от нижнего торца конца 9 до верхнего торца упорного кольца 4 (а>b) (см. фиг. 1). Это условие обеспечивает открытие центрального канала 7 при обратной промывке, т.е. беспрепятственный вынос размытого песка или проппанта жидкостью после гидромониторного воздействия. Например: а = 9 см, b = 5 см (9 см  > 5 см).
Сверху цилиндрический корпус 1 посредством переводника 14 (см. фиг. 1, 2) присоединён к колонне промывочных труб 15.
Герметичность посадки конуса 9 на посадочном седле 8 центрального канала 7 обеспечивает уплотнительное кольцо (на фиг. 1-4 не показано).
Гидромониторный инструмент для очистки забоя скважины работает следующим образом.
В скважину 16 (см. фиг. 1), имеющую на забое уплотнённую песчаную или проппантную пробку 17, на конце колонны промывочных труб 15 спускают гидромониторный инструмент до тех пор, пока торцевой режущий инструмент 3 не упрётся в поверхность уплотнённой песчаной или проппантной пробки 17, о чём свидетельствует частичная разгрузка веса колонны промывочных труб 15 на уплотнённую песчаную или проппантную пробку 17, например на 1 тонну =  10000 Н.
На устье скважины 16 к верхнему концу колонны промывочных труб 15 присоединяют насосный агрегат (на фиг. 1-4 не показано).  С целью размыва уплотнённой песчаной или проппантной пробки 17 начинают гидромониторное воздействие на неё.
3
С помощью насосного агрегата, например цементировочного агрегата ЦА-320 по колонне промывочных труб 15 (см. фиг. 1) закачивают жидкость, например сточную воду плотностью 1100 кг/м, например со скоростью 10 л/с, при этом одновременно начинают вращать колонну промывочных труб 15 со скоростью, например 0,28 об/мин с помощью, например гидравлического ключа ГКШ-1500МТ, при этом зубчатые насечки торцевого режущего инструмента 3 позволяют рыхлить уплотнённую песчаную или проппантную пробку 17 в скважине 16 в процессе вращения колонны промывочных труб 15.
В процессе вращения колонны промывочных труб 15 происходит гидромониторное воздействие на всю площадь уплотнённой песчаной или проппантной пробки 17 вокруг центрального канала 7 благодаря тому, что гидромониторные каналы 5'; 5"; 5"'; 5""(см. фиг. 3) в упорном кольце 4 выполнены на разных расстояниях от центра гидромониторного инструмента.
Конус 9 благодаря центраторам 10'; 10"; 10"'; 10"" (см. фиг. 1 и 4) отцентрован относительно центральной оси центрального канала 7. Это позволяет конусу 9 герметично размещаться на посадочном седле 8 центрального канала 7, что исключает пропуски через центральный канал 7 в процессе гидромониторного воздействия на уплотнённую песчаную или проппантную пробку 17.
По мере размыва песчаной или проппантной пробки колонну промывочных труб 15 с вращением опускают вниз, о чём свидетельствуют отсутствие увеличения веса разгрузки колонны промывочных труб 15 на песчаную или проппантную пробку 17, как указано выше более 10000 Н. При этом площадь уплотнённой песчаной или проппантной пробки 17 под центральным каналом 7 саморазрушается по мере углубления гидромониторного инструмента. Достижение забоя 18 (см. фиг. 1) скважины 16 свидетельствует о размыве песчаной или проппантной 17 пробки.
3
Далее на устье скважины 16 (см. фиг. 2) к межтрубному пространству 19 присоединяют насосный агрегат с целью выноса размытой уплотнённой песчаной или проппантной пробки через гидромониторный инструмент по колонне промывочных труб 15 в желобную ёмкость (на фиг. 1-4 не показано). С помощью насосного агрегата закачивают жидкость, например сточную воду плотностью 1100 кг/м, например со скоростью 10 л/с, в межтрубное пространство 19 скважины 16. Под действием потока жидкости конус 9 поднимается вверх на расстояние - а и открывает центральный канал 7 для выноса жидкости с размытой песчаной или проппантной пробкой через переточные каналы 11'; 11"; 11"'; 11"" и далее отверстия 13 в ограничителе хода 12 по колонне промывочных труб 15 в желобную ёмкость. Закачку жидкости насосным агрегатом продолжают до выхода «чистой» жидкости (без песчинок песка и проппанта) в желобную ёмкость.
После чего останавливают закачку жидкости насосным агрегатом в межтрубное пространство 19 скважины 16. В результате конус 9 под собственным весом опускается вниз и садится на посадочное седло 8 центрального канала 7.
Повышается эффективность гидромониторного воздействия, так как гидромониторные каналы, расположенные на разных расстояниях от центра гидромониторного инструмента, позволяют охватить гидромониторным воздействием кольцевую площадь уплотнённой песчаной или проппантной пробки под гидромониторным инструментом.
Повышается качество промывки размытого на забое песка благодаря наличию в конструкции устройства центрального канала, над которым размещён конус, имеющий возможность ограниченного осевого перемещения вверх с открытием центрального канала, что при обратной промывке позволяет вымывать с забоя скважины весь размытый песок или проппант на поверхность.
Повышается скорость размыва уплотнённой песчаной или проппантной пробки благодаря наличию вращения колонны промывочных труб при гидромониторном воздействии и дополнительному воздействию на уплотнённую песчаную или пропаннтную пробку с помощью зубчатых насечек, выполненных на нижнем торце режущего инструмента.
Сокращается продолжительность очистки забоя скважины, так как предлагаемый инструмент позволяет за один спуск произвести гидромониторное воздействие и произвести обратной промывку забоя скважины, т.е. вымыть на поверхность весь размытый в процессе гидромониторного воздействия песок или проппант.
Предлагаемый гидромониторный инструмент для очистки забоя скважины позволяет:
- повысить эффективность гидромониторного воздействия;
- повысить качество промывки размытого на забое песка;
- повысить скорость размыва уплотнённой песчаной или проппантной пробки;
- сократить продолжительность очистки забоя скважины;
- расширить технологические возможности устройства.