промывочное устройство

Формула изобретения

Промывочное устройство, содержащее корпус с каналом для подвода жидкости, цилиндр с кольцевой камерой и тангенциально направленными каналами, отличающееся тем, что корпус снабжен присоединительным ниппелем с донышком в осевом канале со сквозным отверстием с пазами на внутренней поверхности, перпендикулярно оси которого в корпусе выполнена цилиндрическая расточка, в которой размещен стакан с насадкой и крышкой, перекрытая днищем, в котором закреплена дренажная трубка, снабженная выступом и радиальными отверстиями, выполненными с возможностью обеспечения гидравлической связи продольных каналов на крышке с осевым каналом дренажной трубки в исходном положении, причем стакан образует кольцевую камеру с дренажной трубкой, в которой размещена пружина с опорой на выступ, цилиндр жестко связан с присоединительным ниппелем, снабженным переходником с кольцевым выступом и стопорной гайкой, а переходник снабжен продольными пазами и перепускными отверстиями, соединяющими кольцевую камеру цилиндра с его осевым каналом, в котором установлен подпружиненный относительно донышка поршень и фиксаторы, поджимаемые пружинным кольцом с внешней стороны переходника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для восстановления проницаемости и пропускной способности перфорационных каналов в обсадной колонне добывающих скважин.

Известно устройство для промывки скважины (см. Пат. РФ № 2047740, М кл. E21B 37/00, опубл. 10.11.95 г., бюл. № 31). Состоит из полого корпуса, с входным и кольцевым каналами, наконечник с осевым каналом, соосно с наконечником в корпусе установлен генератор гидродинамических импульсов в виде последовательно размещенных конфузора, критического последовательного отверстия и диффузора.

Устройство в составе колонны насосно-компрессорных труб вводится в скважину, осуществляют подачу рабочей жидкости с промывкой песочной пробки. Этим обеспечивается прямое воздействие струей рабочей жидкости с выносом пульпы. При этом струя рабочей жидкости в устройстве закручивается по спирали, с увеличением скорости потока.

Имеет место прямое, постоянное воздействие струей рабочей жидкости на осадок в осевом канале скважины. Воздействие на осадок на стенке трубы обсадной колонны по всему периметру не производится.

Известна конструкция насадки (см. а.с. № 732505, М кл. E21B 43/144, опубл. 5.04.80, бюл. № 17).

Насадка состоит из корпуса с осевым каналом для подвода жидкости, цилиндра с кольцевой камерой, которая гидравлически связана отверстиями в теле корпуса с его осевым каналом. В торце насадки выполнен сопловый канал с тангенциальным углом наклона к оси вращения.

При подаче под давлением рабочей жидкости, последняя через осевой канал корпуса и радиальные отверстия в его теле, поступает в кольцевую камеру цилиндра. При истечении рабочей жидкости из сопловых каналов цилиндра, последний вращается вокруг оси корпуса. Это позволяет замкнуть силу давления жидкости внутри его, без передачи на опорные элементы.

Необходимым условием вращения является выбор такого тангенциального наклона струи относительно оси насадки, чтобы указанная составляющая превышала силу трения в месте контакта цилиндра с буртиком корпуса. Струя из соплового канала последовательно проходит по окружности с воздействием на преграду и ее разрушением.

К недостаткам конструкции следует отнести:

- расстояние от соплового канала до преграды является неизменным и это состояние не всегда может обеспечить эффективное разрушения преграды;

- направление ориентации устройства зависит от условий монтажа на подводящем патрубке. В случае установки устройства на нижний конец гибкой колонны труб колтюбинговой установки, струя жидкости может быть направлена только на забой скважины и не может изменить свое положение для проведения обработки стенок скважины.

Известно устройство для промывки скважин (см. «Справочное пособие по газлифтному способу эксплуатации скважин». Ю.В. Зайцев, Р.А. Максутов, О.В. Чурбанов и др. - М.: «Недра», 1984 г., с.210-211.), принятое за прототип.

Устройство состоит из переводника, патрубка, седла на срезных штифтах в осевом канале. С переводником связан кожух с промывочным фрезером. Патрубок имеет заглушку на конце и снабжен боковыми отверстиями для подачи промывочной жидкости.

Устройство может вращаться вокруг своей оси вместе с колонной труб.

Недостатки. Самостоятельно устройство вращаться не может, что не дает возможность применить это устройство в составе гибкой колонны труб.

Поток промывочной жидкости воздействует на преграду через боковые отверстия, но эффективность воздействия низка из-за достаточно большого и неизменного расстояния до преграды.

Проведенный патентный поиск показал, что известно техническое решение, в котором реализован принцип создания крутящего момента, за счет тангенциальной подачи струи рабочей жидкости (см. «Опыт разрушения песчано-глинистых пробок с использованием гидроударных устройств в составе КГТ». Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. Серия «Нефть и газ», № 1 (4), 2004 г. С.86-90), гидроударное устройство снабжено гидромониторной насадкой с тангенциальными каналами, установленной с возможностью вращения истекающей струей рабочей жидкости.

Известна статья «Разрушение горной породы вращаемой гидромониторной струей» Авт. Н.И. Андрианов, А.И. Мищенко, М.Г. Гейхман. Сб. научных трудов «Строительство газовых и газоконденсатных скважин». Москва, 1997 г. С. 59-63.

В этой статье дается описание технологии разрушения породы вращаемой гидромониторной струей рабочей жидкости. Конструкция устройства не представлена. Тем не менее имеет место процесс воздействия на горную породу при вращении по всему периметру выработки.

Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения, заключается в следующем:

- возможность применения данного устройства в составе гибкой колонны труб;

- возможность передачи крутящего момента на насадку, с расположением дросселирующего канала в направлении к стенке скважины;

- возможность разделения во времени кручения цилиндра с кольцевой камерой, с последующей подачей под давлением рабочей жидкости через дросселирующий канал насадки на преграду;

- возможность приближения стакана с насадкой к преграде в процессе обработки стенок скважины;

- возможность возврата стакана с насадкой в исходное положение для извлечения из скважины.

Технический результат достигается тем, что устройство снабжено корпусом с каналом для подвода жидкости, цилиндром с кольцевой камерой и тангенциально направленными каналами, корпус снабжен присоединительным ниппелем с донышком со сквозным отверстием с пазами на внутренней поверхности. В корпусе перпендикулярно к оси присоединительного ниппеля выполнена цилиндрическая расточка с размещением в ней стакана с насадкой и крышкой, перекрытая сбоку днищем, в котором закреплена болтом дренажная трубка с выступом и радиальными отверстиями, выполненными с возможностью обеспечения гидравлической связи продольных каналов на крышке с осевым каналом дренажной трубки в исходном положении.

Стакан образует кольцевую камеру с дренажной трубкой, в которой размещена пружина, с опорой на выступ дренажной трубки. Цилиндр жестко связан с присоединительным ниппелем, снабженным переходником с кольцевым выступом, входящим в его осевой канал, перекрытым стопорной гайкой. Переходник снабжен продольными пазами на внутренней поверхности и перепускными отверстиями, соединяющими кольцевую камеру цилиндра с его осевым каналом, в котором установлен поршень, подпружиненный относительно донышка, и фиксаторы, поджимаемые пружинным кольцом с внешней стороны переходника.

Конструкция устройства поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 - устройство в разрезе, в исходном, транспортном положении;

- на фиг.2 - устройство в разрезе, в положении подачи рабочей жидкости на обрабатывающую поверхность.

Устройство состоит из корпуса 1, с присоединительным ниппелем 2, с донышком 3 и сквозным отверстием 4, внутри которого выполнен ряд пазов 5. Внутрь осевого канала 6 присоединительного ниппеля 2 введен переходник 7 с кольцевым выступом 8, ход которого ограничен стопорной гайкой 9.

На внешней стороне присоединительного ниппеля 2 выполнена резьба, на которую навинчен цилиндр 10, с образованием подвижного соединения с переходником 7. Внутри цилиндра 10 выполнена кольцевая камера 11, постоянно гидравлически связанная перепускными отверстиями 12 с осевым каналом 13 переходника 7 и тангенциальными каналами 14 с полостью скважины. В осевом канале 13 переходника 7 установлен на пружине 15 поршень 16, под уровнем расположения перепускных отверстий 12. В теле переходника 7 под поршнем 16 выполнен ряд продольных пазов 18, гидравлически связанных с цилиндрической расточкой 19, выполненной в корпусе 1, перпендикулярно к оси присоединительного ниппеля 2. В теле переходника 7 выполнены отверстия, в которых установлены фиксаторы 20 со скосами 21, обращенными к поршню 16, охватываемые снаружи пружинным кольцом 22. Осесимметрично внутри корпуса 1 установлена дренажная трубка 23 с выступом 24, закрепленная в днище 25 болтом 26. В цилиндрическую расточку 19 введен стакан 27 с образованием с дренажной трубкой 23 кольцевой камеры 28, в которой установлена пружина 29, опирающаяся на выступ 24 и крышку 30 стакана 27. На внешней торцовой поверхности крышки 30 выполнены продольные каналы 31, для обеспечения гидравлической связи цилиндрической расточки 19, через радиальные отверстия 32, в теле дренажной трубки 23, с ее осевым каналом 33. Стакан 27 снабжен насадкой 34, охватывающей дренажную трубку 23 с образованием между ними подвижного соединения. В насадке 34 выполнен дроссельный канал 35, гидравлически связанный с осевым каналом 33 дренажной трубки 23.

Кольцевой зазор между переходником 7 и цилиндром 10 перекрыт уплотнительным кольцом 36. Кольцевой зазор между корпусом 1 и стаканом 27 перекрыт уплотнительным кольцом 37, между днищем 25 и дренажной трубкой 23 - уплотнительным кольцом 38. Кольцевой зазор между дренажной трубкой 23 и насадкой 34 перекрыт уплотнительным кольцом 39, а между дренажной трубкой 23 и крышкой 30 стакана 27 - уплотнительным кольцом 40. Кольцевая камера 28 гидравлически связана с полостью скважины через неплотную резьбу в соединении насадки 34 и стакана 27.

Устройство работает следующим образом.

Присоединительной резьбой на патрубке 7 промывочного устройства осуществляют его механическую связь с гибкой колонной труб колтюбинговой установки и вводят устройство в скважину с расположением на заданной глубине.

В гибкую колонну труб осуществляют подачу рабочей жидкости под расчетным давлением и с заданным расходом, при котором происходит подача потока в осевой канал 13 переходника 7 и далее через перепускные отверстия 12 в кольцевую камеру 11 цилиндра 10, с выбросом струи рабочей жидкости через тангенциальные каналы 14 в полость скважины. Давление рабочей жидкости на первом этапе принимается меньше необходимого для обработки стенок скважины, но достаточным, чтобы привести во вращение цилиндр 10 с корпусом 1. При таком давлении поршень 16 перекрывает осевой канал 13 переходника 7, для подачи рабочей жидкости через продольные пазы 18 в цилиндрическую расточку 19 корпуса 1.

Это необходимо для получения гарантированного вращения корпуса 1 относительно переходника 7.

Поднимают давление рабочей жидкости до максимально возможного. При этом, сохраняя вращение корпуса 1 избыточным давлением в осевом канале 13 переходника 7, смещают поршень 16 ниже места установки фиксаторов 20 с открытием подачи потока рабочей жидкости по продольным пазам 18 в теле переходника 7 и пазам 5 в теле донышка 3 в цилиндрическую расточку 19 корпуса 1.

Далее рабочая жидкость через продольные каналы 31 и радиальные отверстия 32 подается в осевой канал 33 дренажной трубки 23 и далее через дросселирующий канал 35 насадки 34 с высокой скоростью воздействует на преграду. При этом, под действием перепада давления, воздействующего на крышку 30 стакана 27, последний перемещается в цилиндрической расточке 19 с сжатием пружины 29. Тем самым насадка 34 приближается к обрабатываемой поверхности, что увеличивает эффективность воздействия струи рабочей жидкости на кольматирующий слой при истечении через дросселирующий канал 35.

При сохранении подачи рабочей жидкости, возможно перемещение устройства вдоль обрабатываемой поверхностью за счет перемещения гибкой трубы, что при вращении насадки 34 совместно с корпусом 1, обеспечивает обработку стенок скважины по всему периметру.

После прекращения подачи под давлением рабочей жидкости в осевой канал 13 переходника 7, усилием сжатой пружины 29 стакан 27 вместе с насадкой 34 вводятся внутрь цилиндрической расточки 19 корпуса 1. Перемещением вверх гибкой колонны труб устройство извлекается из скважины.

Предусмотренное конструкцией устройства необходимое разделение процессов привода устройства во вращение и последующей подачи рабочей жидкости к насадке 34 с ее выдвижением к обрабатываемой поверхности обеспечивает повышение надежности работы промывочного устройства, а также качества очистки обрабатываемой поверхности.