Гидравлический перфоратор

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Республиканское унитарное предприятие Производственное объединение Белоруснефть(72) Авторы Родионов Вячеслав Иванович Демяненко Николай Александрович Жуков Сергей Борисович Пысенков Виктор Геннадьевич(73) Патентообладатель Республиканское унитарное предприятие Производственное объединение Белоруснефть(57) 1. Гидравлический перфоратор, включающий корпус с соплами, радиальные отверстия для сброса жидкости и устройство, генерирующее импульсы давления струи жидкости,выполненное в виде камеры в форме тела вращения с боковыми и осесимметричным отверстиями, отличающийся тем, что в нижней части корпуса выполнена сквозная расточка 36392007.06.30 с седлом и продольным пазом, а в верхней части корпуса выше сопел выполнено посадочное место под опрессовочный шар, камера снабжена полым хвостовиком, размещенным в расточке корпуса с возможностью возвратно-поступательного перемещения и удержания в верхнем положении, обеспечивающем дополнительную гидравлическую связь полостей корпуса и хвостовика посредством радиальных отверстий для сброса жидкости, расположенных на хвостовике, боковые отверстия камеры расположены тангенциально, а осесимметричное отверстие камеры является осевым и связано с полостью хвостовика. 2. Перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что хвостовик снабжен штифтом, входящим в продольный паз расточки корпуса. 3. Перфоратор по п. 2, отличающийся тем, что хвостовик подпружинен относительно расточки корпуса. 4. Перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что диаметр осевого отверстия камеры соизмерим с диаметром сопла. Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к оборудованию для вскрытия продуктивных пластов. Известен импульсный гидравлический перфоратор 1, включающий корпус с продольным каналом, сопла и узел генератора импульсов давления в виде вала, размещенного в корпусе на подшипниках, турбинки, связанной с валом, элемента открытия-закрытия боковых отверстий, связанного с валом, корпус выполнен с радиальными каналами, гидравлически связанными с осевым каналом и перекрытыми дисками с эксцентричными боковыми отверстиями, в которых размещены насадки, при этом узел генератора импульсов давления размещен в радиальных каналах, вход в которые из продольного канала выполнен с тангенциальным направлением на турбинку, а элемент открытия-закрытия боковых отверстий выполнен в виде кулачков. Недостатком этого импульсного гидравлического перфоратора является то, что при механическом перекрытии входного канала сопла, во-первых, создаются турбулентные завихрения на входе, нарушающие формирование компактной дальнобойной струи перфорационной жидкости, во-вторых, часть времени сопло остается перекрытым и не работает. Это снижает эффективность процесса перфорации. Известен также гидроперфоратор 2, включающий корпус с соплами и устройство,генерирующее импульсы давления струи жидкости. Данное устройство обладает следующим недостатком. Формирование дальнобойной высоконапорной гидроабразивной струи зависит от условий подвода жидкости к входу в осевой конусообразный канал твердосплавной насадки. Перфорационная жидкость, направляемая к насадкам, на входе разделяется на два потока один вращательный, а второй - рабочая струя. При разделении потока происходит резкое повышение турбулентности рабочей струи, что ведет к уменьшению коэффициента расхода насадки и ухудшению компактности струи, а это ведет к снижению способности струи сохранять свои начальные свойства и быстрому распаду, снижающему дальнобойность и,следовательно, эффективность воздействия на разрушаемую преграду (обсадную трубу и породу пласта). Наиболее близким к заявляемому техническому решению является гидравлический перфоратор 3, включающий корпус с соплами и устройство, генерирующее давление 2 36392007.06.30 струи жидкости, выполненное в виде ротора с боковыми отверстиями, на валу которого закреплены направляющий шнек и приводная многоступенчатая гидравлическая турбина. Недостатком этого перфоратора является то, что выпуск прерывистой струи происходит только при совмещении отверстий сопел с боковыми отверстиями, то есть очень малый сектор по отношению к полному обороту вращения ротора. При разрушении же горной породы немаловажное значение имеет и время воздействия струи на поверхность. К томуже элементы привода вращения генератора импульсов давления струи жидкости создают значительный перепад давления, снижающий скоростной напор струи жидкости. Указанные недостатки вышеуказанного перфоратора снижают эффективность процесса перфорации. Кроме этого, недостатком всех вышеуказанных аналогов является то, что при спускоподъемных операциях не обеспечивается заполнение и излив жидкости из насоснокомпрессорных труб (НКТ), а также последующая их опрессовка, что усложняет эксплуатацию перфоратора и увеличивает время спуска и подъема перфоратора. Задачей, решаемой данной полезной моделью, является создание гидравлических перфораторов, позволяющих повысить эффективность процесса перфорации и упростить его эксплуатацию. Поставленная задача решается за счет того, что в гидравлическом перфораторе, включающем корпус с соплами, радиальные отверстия для сброса жидкости и устройство, генерирующее импульсы давления струи жидкости, выполненное в виде камеры в форме тела вращения с боковыми и осесимметричным отверстиями, согласно полезной модели, в нижней части корпуса выполнена сквозная расточка с седлом и продольным пазом, а в верхней части корпуса выше сопел выполнено посадочное место под опрессовочный шар,камера снабжена полым хвостовиком, размещенным в расточке корпуса с возможностью возвратно-поступательного перемещения и удержания в верхнем положении, обеспечивающем дополнительную гидравлическую связь полостей корпуса и хвостовика посредством радиальных отверстий для сброса жидкости, расположенных на хвостовике, боковые отверстия камеры расположены тангенциально, а осесимметричное отверстие является осевым и связано с полостью хвостовика. Кроме этого, хвостовик может быть снабжен штифтом, входящим в продольный паз расточки корпуса. Помимо этого, хвостовик может быть подпружинен относительно расточки корпуса. Наиболее оптимальным является изготовление осевых отверстий камеры и сопел перфоратора с соизмеримыми диаметрами. Гидравлический перфоратор представлен на следующих чертежах фиг. 1 - вид перфоратора в разрезе фиг. 2 - вид А-А на фиг. 1. Гидравлический перфоратор состоит из двухсекционного корпуса, верхняя 1 и нижняя 2 секции которого соединены между собой резьбой. В стенках верхней секции 1 выполнены резьбовые боковые отверстия 3, в которые ввернуты насадкодержатели 4. В насадкодержателях 4 установлены твердосплавные струйные насадки 5, имеющие на входе удлиненную коническую часть. Насадкодержатели 4 и струйные насадки 5 образуют сопла. В нижней секции 2 корпуса выполнена сквозная расточка 6 с седлом 7 и продольным пазом 8, а в верхней части секции 1 корпуса выше сопел выполнено посадочное место 9 под опрессовочный шар. Устройство, генерирующее импульсы давления струи жидкости,выполнено в виде камеры 10 в форме тела вращения. Камера 10 снабжена тангенциальными боковыми отверстиями 11 и осевым отверстием 12, и подпружиненным посредством пружин 13 полым хвостовиком 14, размещенным в расточке 6 нижней секции 2 корпуса. В хвостовике 14, полость которого связана с осевым отверстием 12, выполнены радиальные отверстия 15 для сброса жидкости. Кроме этого, хвостовик 14 снабжен штифтом 16, входящим в продольный паз 8 расточки 6 нижней секции 2 корпуса перфоратора. Корпус также снабжен центрирующими пластинами 17. 3 36392007.06.30 Гидравлический перфоратор работает следующим образом. Гидравлический перфоратор спускают в скважину на НКТ (на чертеже не показаны). При этом под действием усилия пружины 13 хвостовик 14 вместе с камерой 10 находятся в крайнем верхнем положении, ограниченным штифтом 16, находящимся в пазу 8. В этом положении радиальные отверстия 15 для сброса жидкости находятся вне расточки 6 выше седла 7 и сообщают полость хвостовика 14 и полость корпуса и НКТ соответственно. В процессе спуска перфоратора на необходимую глубину он центрируется в обсадной колонне пластинами 17, а полость НКТ через открытые радиальные каналы 15 заполняется скважинной жидкостью. После спуска перфоратора сбрасывают в НКТ опрессовочный шар, который садится в посадочное место 9 корпуса, и нагнетанием жидкости в НКТ выполняют их опрессовку. Затем нагнетанием жидкости в затрубное пространство потоком жидкости через полость хвостовика 14 и радиальные отверстия 15 вымывают опрессовочный шар на устье скважины. После извлечения опрессовочного шара в НКТ закачивают перфорационную жидкость. При прохождении жидкости через радиальные отверстия 15 в них создается перепад давления, под действием которого на камеру действует сила, превышающая усилие предварительно сжатой пружины 13, и камера 10 с хвостовиком 14, сжимая пружину 13,движется вниз и садится на седло 7, а радиальные отверстия 15 входят в расточку 6 корпуса. При этом дополнительная гидравлическая связь полостей корпуса и хвостовика 14 прерывается. Перфорационная жидкость из полости корпуса направляется к соплам и в камеру 10. В удлиненной конической части струйных насадок 5 поток перфорационной жидкости постепенно сжимается и формируется компактная дальнобойная струя. В камеру 10 жидкость направляется через тангенциальные боковые отверстия 11, где она завихряется. Вследствие вязкого сопротивления у стенки камеры 10 вращающийся в ней поток как бы разделяется на две части прилегающую к стенкам камеры 10 (граничный слой) и центральную - в виде вращающегося сердечника, выходящего из камеры 10 через осевое отверстие 12. На выходе из осевого отверстия 12 в полость хвостовика 14 поток из-за резкого увеличения поверхности становится нестабильным. Происходит прецессия выходящего нестабильного вихревого потока. При этом возникает сильный обратный поток,направленный вдоль центральной линии вихрей. Взаимодействие вихревого потока с обратным потоком приводит к чередованию участков сжатия и разрежения, которое вызывает упругие колебания в жидкой среде, приводящие к пульсациям давления в полости корпуса перфоратора. Пульсации давления в полости корпуса перфоратора создают пульсации скоростного напора струй перфорационной жидкости, истекающей из сопел, так как расход жидкости и соответственно скорость струи является функцией перепада давления. При воздействии на породу, кроме абразивного воздействия, струи перфорационной жидкости, истекающие из сопел, создают на поверхности породы квазистатическое давление, под действием которого жидкость проникает в поры и трещины пласта. Из-за неравномерности распределения порового давления в породе возникают напряжения, являющиеся причиной разрушения породы. Пульсирующие струи перфорационной жидкости создают дополнительную неравномерность распределения порового давления и напряжений в породе, что приводит к более интенсивному разрушению породы пласта и повышению эффективности процесса перфорации. Таким образом, пульсирующие струи перфорационной жидкости, истекающие из сопел, создают отверстие в обсадной колонне и канал в продуктивном пласте увеличенных размеров. По окончании процесса перфорации нагнетание жидкости в гидравлический перфоратор прекращают. Под действием усилия пружины 13 камера 10 с хвостовиком 14 перемещается в верхнее положение, ограниченное штифтом 16, движущимся в пазу 8 до упора. При этом радиальные каналы 15 выходят из расточки 6 корпуса, открывая дополнитель 4 36392007.06.30 ную гидравлическую связь полостей корпуса и хвостовика 14. Затем производят подъем гидравлического перфоратора, в процессе которого жидкость из НКТ изливается в скважину, обеспечивая подъем НКТ без перелива, что упрощает эксплуатацию гидравлического перфоратора. Штифт 16, находящийся в пазу 8, предотвращает возможное вращение камеры 10 при завихрении в ней потока жидкости. Осевое отверстие 12 выполнено соизмеримым с диаметром сопла, так как при большем диаметре осевого отверстия 12 увеличивается требуемая производительность насосных агрегатов, нагнетающих перфорационную жидкость для поддержания оптимального перепада давления в соплах, а при меньшем диаметре осевого отверстия 12 уменьшается эффективность устройства, генерирующего импульсы давления струи жидкости. Так как устройство, генерирующее импульсы давления струи жидкости, не препятствует формированию на входе дальнобойной высоконапорной гидроабразивной струи и не прерывает ее в процессе истечения из сопел, то эффективность процесса перфорации возрастает. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5