RU2631947C1 - Hydro-sandblast punch - Google Patents

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: hydro-sandblast punch comprises a housing with openings in which jet nozzles are installed, a movable bushing arranged in the housing, associated with a locking element connected to a movable rod, a seat of the locking element, mounted in a branch pipe connected to the housing. The movable rod is connected to a spring-loaded movable cup, in the butt part of which openings are made. In the openings of the movable cup, bushings are installed, fixed by means of a clamp. The jet nozzles are arranged along the housing in a spiral. A groove is made in the movable bushing, into which the end of the plug installed in the housing opening is inserted. The spring of the movable cup is separated from the movable rod by tubular elements.

EFFECT: improved operation reliability of a punch.

4 dwg

Description

Изобретение относится к нефтяной, газовой горной промышленности, в частности к устройствам для создания щелевых отверстий в обсадных колоннах, цементном камне и горной породе, может быть использовано при вскрытии продуктивных горизонтов, при вторичном вскрытии продуктивного пласта, при проведении ремонтных работ в скважинах.The invention relates to the oil and gas mining industry, in particular to devices for creating slotted holes in casing strings, cement stone and rock, can be used when opening productive horizons, during the second opening of a productive formation, during repair work in wells.

Известен гидропескоструйный перфоратор по патенту на изобретение РФ №2312979, Е21В 43/114, 2006, содержащий полый корпус с наружными углублениями, в которых выполнены соединенные с полостью корпуса отверстия с установленными в них струйными насадками. В нижней части корпуса выполнено седло с запорным элементом. Струйные насадки имеют на входе удлиненную коническую часть, установлены в отверстия корпуса посредством насадкодержателей, а корпус снабжен защитными пластинами. Недостаточная надежность и долговечность работы перфоратора вызвана повышенным абразивным износом корпуса в месте резьбового соединения с насадкодержателями. Это обусловлено расположением насадкодержателей в углублениях корпуса, что создает препятствия на пути течения жидкости-песконосителя, возможным частичным отражением и сложением струй, исходящих из наклонно установленных по отношению к оси корпуса струйных насадок.Known sandblasting perforator according to the patent for the invention of the Russian Federation No. 2312979, ЕВВ 43/114, 2006, containing a hollow body with external recesses, in which are made holes connected to the cavity of the body with installed jet nozzles. A saddle with a locking element is made in the lower part of the body. The jet nozzles have an elongated conical part at the inlet, are installed in the openings of the housing by means of nozzle holders, and the housing is equipped with protective plates. The lack of reliability and durability of the drill is caused by increased abrasive wear of the housing at the place of the threaded connection with nozzle holders. This is due to the location of the nozzle holders in the recesses of the housing, which creates obstacles to the flow of sand-carrier fluid, possible partial reflection and addition of jets coming from the jet nozzles inclined relative to the axis of the housing.

Известен гидропескоструйный перфоратор по патенту на полезную модель №151088, Е21В 43/114, 2015, содержащий трубный корпус, в узлах которого установлены насадки. С трубным корпусом посредством муфты соединен хвостовик, в корпусе установлены два шаровых клапана, имеющих седла на торцах перфоратора и хвостовика. Насадки повернуты на 120° и расположены на расстоянии 400 мм относительно друг друга. Недостатком является низкая эксплуатационная способность, не позволяющая немедленно после перфорации приступать к удалению песка из скважины. Наличие песка в рабочей жидкости приводит к его оседанию на части конструкции и прихвату инструмента, что снижает надежность работы гидропескоструйного перфоратора. Для вымывания же песка необходимо произвести удаление рабочего шара клапана. Извлечение рабочего шара возможно только после удаления песка из всего объема рабочей жидкости, что требует переключения на обратную промывку и остановки циркуляции скважины.Known sandblasting perforator according to the patent for utility model No. 151088, ЕВВ 43/114, 2015, containing a tube body, in the nodes of which are mounted nozzles. A shank is connected to the pipe body by means of a coupling, two ball valves are installed in the body, having seats on the ends of the perforator and shank. The nozzles are rotated 120 ° and are located at a distance of 400 mm relative to each other. The disadvantage is the low operational ability, which does not allow immediately after perforation to proceed with the removal of sand from the well. The presence of sand in the working fluid leads to its subsidence on a part of the structure and the sticking of the tool, which reduces the reliability of the sandblasting gun. To wash out the sand, it is necessary to remove the valve ball. Removing the working ball is possible only after removing sand from the entire volume of the working fluid, which requires switching to backwashing and stopping the circulation of the well.

В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран гидропескоструйный перфоратор (Применение щелевой гидропескоструйной перфорации при вторичном вскрытии продуктивных пластов / Р.Г. Салихов, Т.Н. Крапивина, Н.И. Крысин. - СПб.: ООО «Недра», - 2005, с. 95-97), содержащий корпус с четырьмя гидромониторными насадками, расположенными по окружности, под углом 90° друг к другу. Гидромониторные насадки расположены в верхней части корпуса. Внутри корпуса расположен клапанный механизм, управляемый с устья скважины и обеспечивающий открытие центрального промывочного канала для вымывания песка из скважины после прорезки щелей. Запорное гнездо выполнено на жестко закрепленном в корпусе патрубке-хвостовике. Запорный элемент жестко соединен с подпружиненным стержнем, который в свою очередь соединен с подвижной втулкой-стаканом, имеющей наклонно направленные каналы. Подвижная втулка-стакан, охватывая фигурный патрубок-хвостовик, может перемещаться по нему. Она закреплена на стержне вместе с наружным опорным диском. Недостатком ближайшего аналога является невысокие долговечность и надежность работы гидропескоструйного перфоратора. Это обусловлено тем, что промывочные каналы нижней подвижной втулки-стакана не обладают необходимой износостойкостью к абразивному воздействию жидкости-песконосителя. Неконтролируемое вращение подвижной втулки вокруг своей оси внутри корпуса может привести к перекрытию отверстий с гидромониторными насадками, что вызовет остановку процесса перфорации. Кроме того, расположение четырех насадок в одном сечении корпуса приводит в процессе перфорации к повышенному износу перфоратора за счет возникновения значительных внутренних напряжений в материале корпуса при абразивном воздействии на корпус отраженных струй рабочей жидкости.As the closest analogue to the claimed technical solution, a sandblasting perforator was selected (Use of slotted sandblasting perforation during the secondary opening of productive formations / RG Salikhov, TN Krapivina, NI Krysin. - St. Petersburg: Nedra LLC, - 2005 , pp. 95-97), comprising a housing with four hydraulic monitor nozzles arranged in a circle at an angle of 90 ° to each other. Hydraulic nozzles are located in the upper part of the housing. Inside the housing there is a valve mechanism controlled from the wellhead and providing the opening of a central flushing channel for washing out sand from the well after cutting the cracks. The locking slot is made on a shank rigidly fixed in the housing. The locking element is rigidly connected to a spring-loaded rod, which in turn is connected to a movable sleeve-glass having obliquely directed channels. The movable sleeve-cup, covering the curly nozzle-shank, can move along it. It is fixed to the shaft with the external support disk. The disadvantage of the closest analogue is the low durability and reliability of the sandblasting gun. This is due to the fact that the washing channels of the lower movable sleeve-cup do not have the necessary wear resistance to the abrasive effects of the sand carrier fluid. Uncontrolled rotation of the movable sleeve around its axis inside the housing can lead to overlapping holes with hydraulic nozzles, which will stop the perforation process. In addition, the location of the four nozzles in one section of the casing during the perforation leads to increased wear of the punch due to the occurrence of significant internal stresses in the casing material with the abrasive impact of reflected jets of the working fluid on the casing.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности работы гидропескоструйного перфоратора.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of the sandblasting punch.

Технический результат достигается за счет того, что в гидропескоструйном перфораторе, содержащем корпус с отверстиями, в которых установлены струйные насадки, размещенную в корпусе подвижную втулку, связанную с запорным элементом, соединенным с подвижным стержнем, седло запорного элемента, установленное в патрубке жестко соединенном с корпусом, подвижный стержень соединен с подпружиненным подвижным стаканом, в торцевой части которого выполнены наклонные отверстия, согласно изобретению, в наклонные отверстия подвижного стакана установлены втулки, закрепленные с помощью прижима с отверстиями, струйные насадки расположены вдоль корпуса по спирали, в подвижной втулке выполнен паз, в который заведен конец пробки, установленной в отверстии корпуса, пружина подвижного стакана отделена от подвижного стержня трубчатыми элементами.The technical result is achieved due to the fact that in a sandblasting punch containing a housing with holes in which jet nozzles are installed, a movable sleeve located in the housing connected to a locking element connected to a movable rod, a locking element saddle mounted in a nozzle rigidly connected to the housing , the movable rod is connected to a spring-loaded movable cup, in the end part of which inclined holes are made, according to the invention, the inclined holes of the movable cup are installed claimed sleeve fixed via clamping with holes, inkjet nozzles are arranged along a spiral housing, a sliding sleeve, a groove in which the wound end plugs mounted in the housing, the movable spring cup is separated from the movable rod tubular elements.

Технический результат обеспечивается за счет установки промывочных втулок в наклонные отверстия подвижного стакана. Втулки выполнены из износостойкого материала и защищают подвижный стакан от абразивного воздействия струй жидкости-песконосителя и от воздействия исходящих струй промывочной жидкости, что повышает надежность работы устройства. Использование прижима для крепления втулок обеспечивает их надежную установку в днище подвижного стакана и исключает их выброс под давлением исходящей струи.The technical result is achieved by installing flushing sleeves in the inclined holes of the movable glass. The bushings are made of wear-resistant material and protect the movable cup from the abrasive effects of jets of sand carrier fluid and from the effects of outgoing jets of washing liquid, which increases the reliability of the device. The use of a clamp for fixing the sleeves ensures their reliable installation in the bottom of the movable cup and eliminates their release under the pressure of the outgoing jet.

Установка четырех струйных насадок в корпусе, по спирали вдоль его наружной поверхности, с углом 90° между соседними насадками позволяет исключить внутренние напряжения в материале корпуса, повысить его долговечность и надежность. Данное конструктивное исполнение корпуса с насадками позволяет избежать сложения исходящих струй жидкости-песконосителя, часть которых, отражаясь от обсадной трубы, оказывает абразивное воздействие на поверхность корпуса.The installation of four jet nozzles in the housing, in a spiral along its outer surface, with an angle of 90 ° between adjacent nozzles, eliminates internal stresses in the housing material, and increases its durability and reliability. This design of the housing with nozzles allows you to avoid the addition of outgoing jets of fluid, sand, some of which, reflected from the casing, has an abrasive effect on the surface of the housing.

В подвижной втулке выполнен паз, в котором расположен конец пробки, установленной в отверстии корпуса. Использование стопорной пробки обеспечивает поступательное движение подвижной втулки внутри корпуса, но исключает возможность ее осевого вращения, которое могло бы перекрыть отверстия со струйными насадками. Это обеспечивает надежное истечение рабочей жидкости при перфорации обсадной трубы и надежное перекрытие струйных отверстий при последующей промывке скважины от песка.A groove is made in the movable sleeve, in which the end of the plug installed in the hole of the housing is located. The use of the stopper plug provides the translational movement of the movable sleeve inside the housing, but excludes the possibility of its axial rotation, which could block the holes with jet nozzles. This ensures reliable outflow of the working fluid during perforation of the casing and reliable overlap of the jet holes during subsequent washing of the well from sand.

Отделение пружины, установленной в подвижный стакан, от подвижного стержня трубчатыми элементами позволяет уменьшить износ пружины от воздействия на нее промывочной жидкости, проходящей к наклонно-направленным отверстиям в днище подвижного стакана, что повышает надежность работы перфоратора.The separation of the spring installed in the movable cup from the movable rod by tubular elements allows to reduce the wear of the spring from the action of flushing fluid passing to the inclined holes in the bottom of the movable cup, which increases the reliability of the drill.

На фигуре 1 представлен продольный разрез гидропескоструйного перфоратора.The figure 1 presents a longitudinal section of a sandblasting punch.

На фигуре 2 представлен общий вид гидропескоструйного перфоратора.The figure 2 presents a General view of the sandblasting punch.

На фигуре 3 представлен разрез струйной насадки, установленной в корпусе гидропескоструйного перфоратора.The figure 3 presents a section of a jet nozzle installed in the body of a sandblasting hammer.

На фигуре 4 представлена стопорная пробка в месте ее установки в корпусе гидропескоструйного перфоратора.The figure 4 presents the stopper plug in the place of its installation in the body of the sandblasting hammer.

Гидропескоструйный перфоратор состоит из корпуса 1, внутри которого установлена подвижная втулка 2. В корпусе 1 выполнены отверстия, в которые установлены четыре струйные насадки 3. В месте установки сменных струйных насадок 3 к наружной поверхности корпуса 1 приварены накладки 4 с расточками для их установки. Струйные насадки 3 расположены по спирали вдоль поверхности корпуса 1 по направлению свинчивания с колонной насосно-компрессорных труб, под углом 90° друг к другу. В подвижной втулке 2 выполнены соответствующие отверстия для прохода рабочей жидкости к струйным насадкам 3. Корпус 1 жестко соединен с патрубком 5. В патрубке 5 установлен подвижный стержень 6. Подвижная втулка 2 с помощью резьбы соединена с хвостовиком 7, в торце которого выполнены отверстия для прохода промывочной жидкости. Хвостовик 7 и подвижный стержень 6 соединены между собой гайкой 8. В расточку гайки 8 с одного конца установлен хвостовик 7 и застопорен от осевого перемещения штифтами 9, с другой стороны в гайке 8 закреплен конец подвижного стержня 6, на котором установлен запорный элемент 10. На нижнем конце корпуса 1 размещено седло 11 запорного элемента 10, установленное в патрубке 5 и поджатое им к корпусу 1. Верхний конец корпуса 1 соединен с муфтой 12 для присоединения перфоратора к колонне насосно-компрессорных труб. В корпусе 1 выполнено отверстие, в которое вставлена стопорная пробка 13, конец которой входит в паз подвижной втулки 2. Конец пробки 13 установлен так в подвижную втулку 2, что не мешает ее осевому перемещению. Нижний конец подвижного стержня 6 соединен с подвижным стаканом 14, в торце которого выполнены наклонные отверстия, в которые установлены втулки 15. Оси этих отверстий и промывочных втулок 15 расположены под углом к продольной оси подвижного стакана 14. Втулки 15 выполнены из износостойкого материала, например из стали 40ХН2МА. С наружной стороны стакана 14 втулки 15 поджаты прижимом 16. В прижиме 16 выполнены отверстия для прохода промывочной жидкости. Прижим 16 подпирается опорным диском 17, закрепленным на конце подвижного стержня 6. В подвижный стакан 14 установлена пружина 18, отделенная от подвижного стержня 6 телескопическими трубчатыми элементами 19 и 20. Струйные насадки 3 закреплены в отверстиях корпуса 1 с помощью гаек 21, стыки уплотнены кольцами 22. Между внутренней поверхностью корпуса 1 хвостовиком 7, гайкой 8, запорным элементом 10 образована кольцевая проточка.The sandblasting punch consists of a housing 1, inside which a movable sleeve 2 is installed. In the housing 1, holes are made in which four jet nozzles 3 are installed. At the installation site of the replaceable jet nozzles 3, plates 4 with bores are welded to the outer surface of the housing 1. The jet nozzles 3 are arranged in a spiral along the surface of the housing 1 in the direction of screwing with the tubing string at an angle of 90 ° to each other. In the movable sleeve 2 there are corresponding openings for the passage of the working fluid to the jet nozzles 3. The housing 1 is rigidly connected to the nozzle 5. In the nozzle 5 there is a movable rod 6. The movable sleeve 2 is connected by a thread to the shank 7, in the end of which holes are made for the passage flushing fluid. The shank 7 and the movable rod 6 are interconnected by a nut 8. A shank 7 is installed at one end of the nut 8 and is locked from axial movement by pins 9, on the other hand, the end of the movable rod 6 is fixed on the nut 8, on which the locking element 10 is mounted. the lower end of the housing 1 is a saddle 11 of the locking element 10, mounted in the pipe 5 and pressed by it to the housing 1. The upper end of the housing 1 is connected to the sleeve 12 for attaching a perforator to the tubing string. A hole is made in the housing 1, into which a stopper plug 13 is inserted, the end of which is included in the groove of the movable sleeve 2. The end of the plug 13 is mounted so in the movable sleeve 2 that does not interfere with its axial movement. The lower end of the movable rod 6 is connected to the movable cup 14, in the end of which there are inclined holes in which the sleeves 15 are mounted. The axes of these holes and the washing sleeves 15 are located at an angle to the longitudinal axis of the movable cup 14. The sleeves 15 are made of wear-resistant material, for example steel 40XH2MA. On the outside of the glass 14 of the sleeve 15 is pressed by a clip 16. In the clip 16, holes are made for the passage of washing liquid. The clamp 16 is supported by a support disk 17, mounted on the end of the movable rod 6. A spring 18 is installed in the movable cup 14, separated from the movable rod 6 by telescopic tubular elements 19 and 20. The jet nozzles 3 are fixed in the holes of the housing 1 with nuts 21, the joints are sealed with rings 22. Between the inner surface of the housing 1 by a shank 7, a nut 8, a locking element 10, an annular groove is formed.

Гидропескоструйный перфоратор работает следующим образомWater sanding punch works as follows

Гидропескоструйный перфоратор спускают в скважину на колонне насосно-компрессорных труб. В первоначальном положении запорный элемент 10 из-за воздействия пружины 18 находится прижатым к седлу 11. Проход жидкости к наклонным отверстиям подвижного стакана 14 закрыт, а отверстия струйных насадок 3 открыты и расположены напротив соответствующих отверстий в корпусе 1. Совпадение осей отверстий подвижной втулки 2 и отверстий струйных насадок 3 обеспечивают установкой стопорной пробки 12 до упора в подвижную втулку 2. При необходимости перфорации обсадной колонны, цементного камня и горной породы в гидропескоструйный перфоратор через колонну насосно-компрессорных труб и муфту 12 подают жидкость-песконоситель от наземного насосного оборудования. Жидкость поступает внутрь подвижной втулки 2 и, исходя из струйных насадок 3, прорезает щели в стенке обсадной колонны скважины, цементном камне, затем в прискважинной зоне. Глубина прорезания зависит от времени, в течение которого производится резка. Расстояние между соседними струйными насадками 3 выбирают исходя из значений рабочего давления и длины скважины. Для скважины глубиной 2000 м это расстояние находится в переделах от 200 до 300 мм, расстояние в 250 мм является средним для данной глубины. После окончания перфорации производят очистку ствола скважины от осевшего песка и шлама. Для этого колонну насосно-компрессорных труб с перфоратором опускают на забой скважины, происходит упор опорного диска 17 в песчаную пробку. Под действием нагрузки перемещается вверх подвижный стержень 6, сжимая пружину 18, при этом открывается зазор между запорным элементом 10 и седлом 11 и происходит открытие центрального промывочного канала. Одновременно с этим в корпусе 1 перекрываются отверстия струйных насадок 3 за счет движения подвижной втулки 2 вверх под действием прилагаемой нагрузки. Далее через колонну насосно-компрессорных труб в перфоратор подают жидкость, очищенную от песка. Подаваемая под давлением промывочная жидкость из колонны груб проходит внутри подвижной втулки 2, через отверстия хвостовика 7 попадает в кольцевую проточку, через зазор между запорным элементом 10 и седлом 11 поступает в трубчатые элементы 19 и 20 и, проходя через втулки 15, выходит под давлением из наклонных отверстий прижима 16. Под действием промывочной жидкости происходит вымывание песка из скважины.A sandblasting hammer is lowered into the well on a tubing string. In the initial position, the locking element 10 is pressed against the saddle 11 due to the action of the spring 18. The liquid passage to the inclined holes of the movable cup 14 is closed, and the holes of the jet nozzles 3 are open and located opposite the corresponding holes in the housing 1. The axes of the holes of the movable sleeve 2 coincide the holes of the jet nozzles 3 are provided by installing the stopper plug 12 as far as the stop in the movable sleeve 2. If necessary, perforation of the casing, cement stone and rock in the sandblasting hammer through to Lonna tubing and the sleeve 12 is supplied from a liquid-sand carrier ground pumping equipment. The fluid enters the movable sleeve 2 and, starting from the jet nozzles 3, cuts holes in the wall of the casing of the well, cement stone, then in the near-wellbore zone. The depth of cut depends on the time during which the cutting is performed. The distance between adjacent jet nozzles 3 is selected based on the values of the working pressure and the length of the well. For a well with a depth of 2000 m, this distance is in the range of 200 to 300 mm, a distance of 250 mm is average for a given depth. After completion of the perforation, the wellbore is cleaned of settled sand and sludge. To do this, the tubing string with a perforator is lowered to the bottom of the well, there is an emphasis on the support disk 17 in the sand plug. Under the action of the load, the movable rod 6 moves upward, compressing the spring 18, while the gap between the locking element 10 and the seat 11 opens and the central flushing channel opens. At the same time, in the housing 1, the openings of the jet nozzles 3 overlap due to the upward movement of the movable sleeve 2 under the action of the applied load. Next, through the column of tubing into the perforator serves a liquid purified from sand. The flushing fluid from the column supplied under pressure coarsely passes inside the movable sleeve 2, through the openings of the shank 7 it enters the annular groove, through the gap between the locking element 10 and the seat 11 enters the tubular elements 19 and 20 and, passing through the bushings 15, exits under pressure from inclined holes of the clamp 16. Under the action of the flushing fluid, the sand is washed out of the well.

Изобретение позволяет повысить надежность работы гидропескоструйного перфоратора.The invention improves the reliability of the sandblasting punch.

Claims (1)

Гидропескоструйный перфоратор, содержащий корпус с отверстиями, в которых установлены струйные насадки, размещенную в корпусе подвижную втулку, связанную с запорным элементом, соединенным с подвижным стержнем, седло запорного элемента, установленное в патрубке, соединенном с корпусом, подвижный стержень соединен с подпружиненным подвижным стаканом, в торцевой части которого выполнены отверстия, отличающийся тем, что в отверстия подвижного стакана установлены втулки, закрепленные с помощью прижима, струйные насадки расположены вдоль корпуса по спирали, в подвижной втулке выполнен паз, в который заведен конец пробки, установленной в отверстии корпуса, пружина подвижного стакана отделена от подвижного стержня трубчатыми элементами.A sandblasting puncher comprising a housing with holes in which jet nozzles are mounted, a movable sleeve placed in the housing, connected to a locking element connected to the movable rod, a locking element saddle mounted in the nozzle connected to the housing, the movable rod connected to a spring-loaded movable glass, in the end part of which holes are made, characterized in that bushings are fixed in the holes of the movable glass, fixed by a clamp, the jet nozzles are located along orpusa spirally in sliding sleeve a groove into which the wound end plugs mounted in the housing, the movable spring cup is separated from the movable rod tubular elements.

Images