RU62427U1 - BILATERAL HYDROMECHANICAL PUNCH PUNCH - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области бурения и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, а именно к устройству для вторичного вскрытия пластов путем создания продольных перфорационных щелей в обсадных (эксплуатационных) колоннах и формирования фильтрационных каналов в призабойной зоне пласта. В полом корпусе размещен поршень-толкатель с центральным гидроканалом и выдвижной режущий инструмент. С противоположных сторон в стенке корпуса перфоратора установлены гидромониторные насадки под углом 90° к его оси. Насадки соединены непосредственно с полостью перемещения поршня-толкателя в корпусе перфоратора. В частном случае выполнения перфоратор содержит, по меньшей мере, четыре гидромониторные насадки, размещенные попарно одна над другой с противоположных сторон корпуса.The utility model relates to the field of drilling and operation of oil, gas and injection wells, and in particular to a device for the secondary opening of formations by creating longitudinal perforation slots in casing (production) columns and forming filtration channels in the bottomhole formation zone. In the hollow housing there is a piston-pusher with a central hydrochannel and a retractable cutting tool. On opposite sides in the wall of the perforator casing there are mounted hydraulic nozzles at an angle of 90 ° to its axis. The nozzles are connected directly to the cavity of movement of the piston-pusher in the perforator body. In the particular case of the perforator contains at least four hydraulic nozzles, placed in pairs one above the other on opposite sides of the housing.

Description

Полезная модель относится к области бурения и эксплуатации нефтяных, газовых и нагнетательных скважин, а именно к устройству для вторичного вскрытия пластов путем создания продольных перфорационных щелей в обсадных (эксплуатационных) колоннах и формирования фильтрационных каналов в призабойной зоне пласта.The utility model relates to the field of drilling and operation of oil, gas and injection wells, and in particular to a device for the secondary opening of formations by creating longitudinal perforation slots in casing (production) columns and forming filtration channels in the bottomhole formation zone.

Из уровня техники известны устройства для щелевой перфорации обсадных колонн, основанные на использовании выдвижного накатного режущего инструмента. Такое устройство раскрыто, например, в RU 2151858 С1, 27.06.2000, RU 2180038 C1, 27.02.2002, в US 4119151 A1, 10.10.1978. Описываемые устройства отличаются в основном конструкцией механизма крепления и выдвижения режущего инструмента.The prior art devices for slotted perforation of casing strings based on the use of a retractable rolling cutting tool. Such a device is disclosed, for example, in RU 2151858 C1, 06/27/2000, RU 2180038 C1, 02/27/2002, in US 4119151 A1, 10/10/1978. The described devices differ mainly in the design of the mechanism of attachment and extension of the cutting tool.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого устройства можно считать гидромеханический щелевой перфоратор, раскрытый в RU 2249678 C1, 10.04.2005, содержащий корпус, размещенный в нем поршень-толкатель и выдвижной режущий инструмент в виде установленных на оси режущих дисков с механизмом их выдвижения, с возможностью выполнения дисками двух диаметрально расположенных щелей в колонне, при этом поршень-толкатель выполнен с центральным и двумя боковыми гидроканалами и двумя гидромониторными насадками, соединенными с боковыми гидроканалами.The closest analogue (prototype) of the proposed device can be considered a hydromechanical slotted drill, disclosed in RU 2249678 C1, 04/10/2005, containing a housing, a plunger-piston placed therein and a retractable cutting tool in the form of cutting discs mounted on the axis with a mechanism for their extension, with the ability to make two diametrically located slots in the column with the disks, while the pusher piston is made with a central and two side hydraulic channels and two hydraulic monitor nozzles connected to the side hydraulic channels .

В приведенном устройстве, как и других устройствах для щелевой перфорации, гидромониторные насадки располагаются в поршне-толкателе под углом 60°, и подвод жидкости к насадкам осуществляется по гидромониторным каналам.In the above device, as well as other devices for slotted perforation, the hydraulic nozzles are located in the plunger-piston at an angle of 60 °, and the liquid is supplied to the nozzles through the hydraulic monitor channels.

Как показывает практика, такая конструкция имеет ряд существенных недостатков. Размыв гидромониторного канала приводит к необходимости полной замены поршня-толкателя. Из-за малого диаметра каналов происходит их быстрое частичное или полное загрязнение, что приводит к прекращению циркуляции жидкости, а, следовательно, к прекращению работы перфоратора. При расположении насадок под углом 60° происходит частичное отражение струи от стенки горной породы, т.е. снижается эффективность их работы.As practice shows, this design has a number of significant drawbacks. The erosion of the hydraulic channel leads to the need for a complete replacement of the piston-pusher. Due to the small diameter of the channels, their quick partial or complete contamination occurs, which leads to the cessation of fluid circulation, and, therefore, to the termination of the work of the perforator. When nozzles are positioned at an angle of 60 °, a partial reflection of the jet from the rock wall occurs, i.e. their efficiency decreases.

Задачей полезной модели является увеличение долговечности поршня-толкателя, срока службы гидромониторных насадок и самого щелевого перфоратора.The objective of the utility model is to increase the durability of the plunger-piston, the service life of the hydraulic nozzles and the slotted puncher itself.

Технический результат, обеспеченный решением указанной задачи, состоит в исключении вихреобразования и эффекта кавитации при прохождении жидкости через насадки, а, следовательно, и в уменьшении разрушения гидромониторных насадок, а также в значительном снижении возможности их засорения. Кроме того, предлагаемая конструкция позволяет максимально использовать кинетическую энергию струи жидкости, что способствует значительному разрушению цементного кольца и горной породы и сокращению необходимого для этого времени.The technical result provided by the solution of this problem consists in eliminating the vortex formation and the effect of cavitation when the liquid passes through the nozzles, and, therefore, in reducing the destruction of the hydraulic nozzles, as well as in significantly reducing the possibility of their clogging. In addition, the proposed design allows the maximum use of the kinetic energy of the liquid jet, which contributes to a significant destruction of the cement ring and rock and reduce the time required for this.

Для достижения указанного технического результата в перфораторе гидромеханическом щелевом, содержащем полый корпус, размещенный в нем поршень-толкатель с центральным гидроканалом, выдвижной режущий инструмент две гидромониторные насадки, установленные с противоположных сторон, согласно предлагаемой конструкции гидромониторные насадки установлены в стенке корпуса перфоратора под углом 90° к его оси и соединены непосредственно с полостью перемещения поршня-толкателя в корпусе перфоратора.To achieve the specified technical result, a hydromechanical slotted hole puncher containing a hollow body, a pusher piston with a central hydraulic channel, a retractable cutting tool, two hydraulic nozzles mounted on opposite sides, according to the proposed design, the hydraulic nozzles are installed in the wall of the perforator body at an angle of 90 ° to its axis and are connected directly to the cavity of movement of the piston-pusher in the perforator body.

В частном случае выполнения перфоратор содержит, по меньшей мере, четыре гидромониторные насадки, размещенные попарно одна над другой с противоположных сторон корпуса.In the particular case of the perforator contains at least four hydraulic nozzles, placed in pairs one above the other on opposite sides of the housing.

На фиг.1 и фиг.2 показаны схемы размещения гидромониторных насадок в соответствии с перфоратором-прототипом (фиг.1) и предлагаемым перфоратором (фиг.2), где 1 - корпус перфоратора, 2 - гидромониторная насадка, 3 - поршень-толкатель, 4 - гидромониторный канал, 5 - полость перемещения поршня-толкателя в корпусе перфоратора; 6 - колонна. Кроме того, показаны соответствующие схемы гидродинамического давления струи жидкости на стенку эксплутационной колонны.Figure 1 and figure 2 shows the layout of the hydraulic nozzles in accordance with the perforator prototype (figure 1) and the proposed perforator (figure 2), where 1 is the body of the perforator, 2 is the nozzle, 3 is the piston-pusher, 4 - a hydraulic monitoring channel, 5 - a cavity for moving a piston-pusher in a perforator body; 6 - column. In addition, the corresponding schemes of the hydrodynamic pressure of the liquid jet on the wall of the production casing are shown.

При подаче жидкости к гидромониторной насадке 2 по гидромониторным каналам 4 (фиг.1) по схеме внезапного сужения коэффициент местного сопротивления равен 2,5...3, т.к. поворот жидкости приближается к 90°. У тупиковой стенки возникает вихреобразование, способствующее размыванию гидромониторного канала в поршне-толкателе и гидромониторной насадке, а значит к потере давления и неэффективной работе перфоратора, приводящей к его замене.When fluid is supplied to the nozzle 2 through the monitor channels 4 (Fig. 1) according to a sudden contraction scheme, the local resistance coefficient is 2.5 ... 3, because fluid rotation approaches 90 °. A vortex formation occurs at the dead-end wall, which contributes to the erosion of the hydraulic monitor channel in the piston-plunger and the hydraulic nozzle, which means a loss of pressure and inefficient work of the perforator, leading to its replacement.

Предлагаемая конструкция перфоратора (фиг.2) позволяет осуществлять подвод жидкости к гидромониторным насадкам 2 по схеме выхода жидкости из резервуара в трубку. В этом случае коэффициент местного сопротивления равен 0,1...0,15.The proposed design of the perforator (figure 2) allows for the supply of fluid to the hydraulic nozzles 2 according to the scheme of fluid exit from the reservoir into the tube. In this case, the coefficient of local resistance is 0.1 ... 0.15.

Угол расположения насадок 90° обеспечивает максимальное использование кинетической энергии струи. Давление струи на стенку эксплуатационной колонны по предложенной схеме размещения гидромониторных насадок (фиг.2) составляет Р=γ·V·Q, где γ - плотность жидкости, V - скорость потока жидкости, Q - расход жидкости. Давление струи по традиционной схеме размещения (фиг.1) составляет Р=γ·V·Q·cos30°=γ·V·Q·0,866, т.е. ниже, чем по предложенной схеме.An angle of nozzles of 90 ° ensures maximum use of the kinetic energy of the jet. The pressure of the jet on the wall of the production casing according to the proposed arrangement of the hydraulic nozzles (Fig. 2) is P = γ · V · Q, where γ is the density of the liquid, V is the fluid flow rate, Q is the fluid flow rate. The pressure of the jet according to the traditional layout (Fig. 1) is P = γ · V · Q · cos30 ° = γ · V · Q · 0.866, i.e. lower than the proposed scheme.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

На колонне НКТ перфоратор опускается в скважину к месту разрезки. Установив устройство в скважине, проводят прямую промывку полости труб и полости устройства от окалины и механических примесей, которые попадают в полость труб во время геофизических работ по привязке устройства к интервалу резки. Затем в полость труб опускают шарик малого диаметра, который, проходя через элементы перфоратора перекрывает центральный канал поршня-толкателя, после чего в НКТ создается рабочее давление.On the tubing string, the perforator is lowered into the well to the cutting site. Having installed the device in the well, a direct washing of the pipe cavity and the device cavity is carried out from scale and mechanical impurities that enter the pipe cavity during geophysical work on binding the device to the cutting interval. Then, a small diameter ball is lowered into the pipe cavity, which, passing through the elements of the perforator, blocks the central channel of the piston-pusher, after which working pressure is created in the tubing.

При создании рабочего давления в полости труб жидкость воздействует на поршень-толкатель. Передвигаясь поступательно вдоль оси устройства, он воздействует на механизм подачи режущих элементов, например, поворачивает коромысло, между пластинами которого на осях расположены режущие диски, и выталкивает их до упора с эксплуатационной колонной.When creating a working pressure in the pipe cavity, the fluid acts on the plunger piston. Moving forward along the axis of the device, it acts on the feed mechanism of the cutting elements, for example, rotates the rocker, between the plates of which the cutting disks are located on the axes, and pushes them all the way with the production casing.

Создавая ступенчатое давление в полости НКТ от 10 до 80 атмосфер, увеличивают силу вдавливания режущих дисков в противоположных сторонах эксплутационной колонны.By creating a step pressure in the tubing cavity from 10 to 80 atmospheres, the indentation force of the cutting discs on opposite sides of the production string is increased.

После образования щелей в эксплутационной колонне давление в полости труб поднимают, и реализуется гидромониторный эффект струи. Две струи жидкости, выходящие из полости перемещения поршня сразу через гидромониторные насадки, расположенные под углом 90° к оси перфоратора, с большой скоростью разрушают своим напором цементный камень и породу за эксплутационной колонной, намывают каверну по всей длине щелей. После намыва каверны давление в трубах сбрасывается до атмосферного. Поршень-толкатель втягивается в нижний гидроцилиндр и возвращает в исходное положение весь режущий узел в сборе. После этого в полость НКТ опускается шар большего диаметра, который садится в гнездо срезного циркуляционного клапана. Подняв давление в трубах, открывают After the formation of cracks in the production casing, the pressure in the pipe cavity is raised, and the jet monitor effect is realized. Two jets of liquid coming out of the piston displacement cavity immediately through the hydraulic nozzles located at an angle of 90 ° to the axis of the perforator destroy the cement stone and the rock behind the production casing at high speed, wash the cavity along the entire length of the slots. After washing the cavity, the pressure in the pipes is reset to atmospheric. The plunger piston is retracted into the lower hydraulic cylinder and restores the entire cutting unit assembly to its original position. After that, a larger diameter ball is lowered into the tubing cavity, which sits in the socket of the shear circulation valve. By raising the pressure in the pipes, open

промывочное устройство в корпусе. После чего производят освоение, или глушение эксплуатационной скважины, или подъем устройства из нее.flushing device in the housing. After that, development, or killing of the production well, or lifting of the device from it are carried out.

Размещение гидромониторных насадок в стенке корпуса перфоратора (фиг.2.), а не в поршне-толкателе (фиг.1.) позволяет полностью исключить необходимость полной замены поршня. Предлагаемая конструкция перфоратора обеспечивает возможность использования одновременно четырех и более гидромониторных насадок, что позволяет увеличить площадь разрушения цементного кольца и горной породы, а также сократить необходимое для этого время намыва. Расположение гидромониторных насадок под углом 90° позволяет максимально использовать кинетическую энергию струи жидкости. Отсутствие гидромониторных каналов полностью исключает эффект кавитации, а следовательно и разрушение гидромониторных насадок, а также значительно снижает возможность их засорения.Placing the hydraulic nozzles in the wall of the perforator body (Fig.2.), And not in the piston-pusher (Fig.1.) Allows you to completely eliminate the need for a complete replacement of the piston. The proposed design of the perforator provides the possibility of using four or more hydraulic nozzles at the same time, which allows to increase the area of destruction of the cement ring and rock, as well as to reduce the required wash time. The location of the hydraulic nozzles at an angle of 90 ° allows maximum use of the kinetic energy of the liquid jet. The absence of hydraulic channels completely eliminates the effect of cavitation, and consequently the destruction of the hydraulic nozzles, and also significantly reduces the possibility of clogging.

Claims (3)

1. Перфоратор гидромеханический щелевой, содержащий полый корпус, размещенный в нем поршень-толкатель с центральным гидроканалом, выдвижной режущий инструмент и установленные с противоположных сторон гидромониторные насадки, отличающийся тем, что насадки установлены в стенке корпуса перфоратора под углом 90° к его оси и соединены непосредственно с полостью перемещения поршня-толкателя в корпусе перфоратора.1. A hydromechanical slotted puncher, comprising a hollow body, a pusher-piston with a central hydraulic channel located therein, a retractable cutting tool and hydromonitor nozzles mounted on opposite sides, characterized in that the nozzles are installed in the wall of the punch body at an angle of 90 ° to its axis and are connected directly with the cavity of movement of the piston-pusher in the perforator body. 2. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, четыре гидромониторные насадки, размещенные попарно одна над другой с противоположных сторон корпуса.2. The hammer drill according to claim 1, characterized in that it contains at least four hydraulic nozzles placed in pairs one above the other on opposite sides of the housing. 3. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что оси насадок расположены под углом 90° к оси корпуса перфоратора.

3. The punch according to claim 1, characterized in that the axis of the nozzles are located at an angle of 90 ° to the axis of the punch body.