Пристрій гідроударний обертовий

Пристрій пдроударний обертовий, що містить корпус, золотник і радіальні клапани, виконані у вигляді отворів в корпусі і в золотнику, який відрізняється тим, що він додатково оснащений вузлом регульованого порогу, спусковим і фіксуючим вузлами, золотник виконаний обертовим, при цьому отвори клапана оснащені осьовими перегород ками, кромки перегородок в золотнику скошені відносно осьової площини, а вузол регульованого порогу містить СПІВВІСНО розміщені підпружинений поршень з встановлювальними гайками, вал і закріплений на валу золотник, торцеві ближні поверхні поршня і вала оснащені трикутними виступами, при цьому спусковий вузол містить поршень і вал з трикутними виступами, а також золотник зі скошеними кромками, крім цього фіксуючий вузол містить профільний пелюсток, закріплений на валу, і підпружинений ролик, закріплений на корпусі, а також трикутні виступи поршня і вала Винахід відноситься до нафтогазодобувної промисловості, а саме до інтенсифікації припливу із пласта, або збільшення приємистості нагнітальних свердловин ВІДОМІ конструкції пристроїв пдроударних (ПГ) 1) із розривними діафрагмами [1], 2}типуУСМД2-114[2], 3) типу КВД з ударним клапаном [3], 4) поАС1 615 341 [4] В склад ПГ по [1] входить корпус, в якому закріплено з допомогою розпірних втулок ряд діафрагм, ніпель і корзину В центрі кожної діафрагми виконано отвори і кільцеві канавки, які знижують МІЦНІСТЬ діафрагм Діаметри отворів у різник діафрагмах різні, в корпусі діафрагми розміщаються так, щоб діафрагма з найменшим отвором була знизу, а в інших діафрагмах - щоб діаметри отворів зростали знизу наверх Для проведення пдроудару ПГ спускають у свердловину на колоні насосно-компресорних труб (НКТ) Отвір у нижній діафрагмі перекривають, кидаючи з поверхні кульку, діаметр якої дещо більший отвору в нижній діафрагмі, але менший отвору діафрагми 2-і знизу Піднімають в НКТ тиск до розриву діафрагми Для проведення повторних ударів знімають тиск в НКТ, кидають в ПГ кулю такого діаметра, щоб вона перекрила отвір в діафрагмі 2-й знизу, і знову повторюють цикл робіт Для скидання кульок свердловину необхідно оснастити лубрикатором і двома корковими кранами Суттєвою ознакою аналога, що збігається із ознакою заявлюваного пристрою, є пороговий пристрій, виконаний в даному аналогу у виді розривної діафрагми Недоліки ПГ по [1] а) обмеження в КІЛЬКОСТІ ударів, б) низька повторюваність результатів [1], в) недосконалість і висока вартість технології проведення ударів, г) забруднення вибою Недолік (а) визваний чисто конструктивними причинами КІЛЬКІСТЬ мембран обмежена асортиментам серійних кульок і габаритами ПГ Так ПГ по [1] має 6 мембран, а з практики відомо, що для значного збільшення дебіту часто треба створити на привибійній зоні пласта (ПЗП) КІЛЬКІСТЬ ударів, більшу на порядки Недолік (б) визваний тим, що діафрагми не завжди однаково руйнуються До нестабільності може привести недосконалість структури металу, допуски в розмірах при виготовленні діафрагм і інше Внаслідок цього форма і амплітуда імпульсів, які генеруються при розриві чергових діафрагм, є різними [1] Зміна форми імпульс а міняє частотний і енергетичний вміст імпульс а [5], що приводить до зміни частини енергії, яка поглинається в пласті Таке явище пояснюється наступним чином Згідно ІЗ теорією спектрів [4] імпульс (пдроудар є імпульсом тиску рідини) можна одержати із набору неперервних коливань, нижня границя яких о> со (О ю 56392 тичної точки зору гідроудар буде тоді давати найумовно дорівнює частоті повторення імпульсів, в більший ККД, коли його енергія буде засвоюватись значна доля енергії вміщається в коливаннях, петим об'ємом пласта, або привибійної зони пласта ріод яких приблизно в 4 рази більший фронту ім(ПЗП), які необхідно обробити пдроударом Чим пульсу Відомо [6], що фізико-хімічний ефект вплибільше енергії буде проходити в ІНШІ об'єми, які не ву коливань на тіло і затухання коливань у ТІЛІ підлягають обробці, тим менший буде ККД - гідропропорційні квадрату частоти коливання Зміна удару Радіуси закольматованих зон складають форми імпульс а приводить до зміни частот, на приблизно до 5см, коли закольматована ближня яких є максимуми енергії, до зміни віддалей, на які ПЗП, і до 500см, коли закольматована ближня і поширюються ці коливання з врахуванням поглисередня зони пласта Діапазон частот коливань, нань, а це, свою чергу, приводить до зміни долі які майже повністю затухають на таких віддалях, енергії, засвоюваної в об'ємах, які підлягають обможна обмежити величинами 200кГц 500Гц робці Періоди цих коливань складають ВІДПОВІДНО 5 Недоліки (в) і (г) спричинені необхідністю про2000мкс Виходячи з цих міркувань і застосовуючи ведення багаторазових повторних заряджань ПГ теорію спектрів, оцінимо орієнтовно, наскільки діафрагмами і кульками, що можна зробити при параметри коливань, створюваних ПГ по [2] відповиконанні дорогих повторних спуско-підйомних відають вгаданим даним Насадка цього ПГ почиоперацій, а також забрудненням вибою кульками і нає рухатись при мінімальному перевищенні сили частинами діафрагм гідравлічного тиску над силою пружини і над сиПГ по [2] складається з корпуса, в середину лою тертя Час наростання тиску до 20МПа у НКТ якого запресована втулка, а на КІНЦІ закріплено під дією насосно-компресорного агрегату лежить в переходники для з'єднання в НКТ В середині втудіапазоні від одиниць, або десятків секунд до хвилки розміщено з можливістю осьового переміщенлини [1] Тому швидкість руху насадки може бути ня пустотілу насадку На одному із КІНЦІВ втулки оцінена десятками, або, в гіршому випадку, одивиконано упор, на обох и кінцях посадочні місця ницями см/сек При діаметрі, радіального отвору в верхнє і нижнє - під кульки, які можуть перекрива1см час повного відкривання отвору, або довжина ти внутрішній осьовий отвір втулки Між кінцем фронту гідроудару можуть бути оціненими в 1 сенасадки і упором втулки розміщена пружина В кунду, що приблизно відповідає частоті 0,25Гц корпусі, втулці і в насадці виконано радіальні неперервного синусоїдального коливання Співсотвори, які при осьових переміщеннях насадки тавляючи цей результат із сказаним вище, можна відносно втулки можуть співпадати або бути пересказати, що крутизна фронту гідроудару, створюкритими ПГ обладнано також зворотними клапаваного ПГ по [2], в 2000 800000 раз гірше (більнами, які під дією зовнішнього тиску можуть відше) оптимальної При таких параметрах гідроудакривати потік рідини із міжтрубного простору в ру основна доля його енергії буде засвоюватись середину НКТ (затухати) не в межах зони, яку необхідно обробиВ початковому стані насадка під дією пружини ти, а за и межами Таким чином, якщо ККД оцінити знаходиться у верхньому положенні, радіальні відношенням долі енергії, засвоюваної оброблюотвори перекриті насадкою, зворотні клапани певаним об'ємам, до всієї енергії, створюваної ПГ, то рекриті, нижній осьовий клапан перекритий кульприходимо до висновку, що ККД відомого ПГ є кою, верхній осьовий отвір відкритий (кульки ненизьким ма) Для проведення ударів ПГ опускають у свердловину на колоні НКТ Нижче ПГ розміщують Збільшення КВД (скорочення фронту удару) пакер і фільтр Рідину із міжтрубного простору видозволяє зменшити від'ємний ВПЛИВ удару на сведаляють через зворотні клапани ПГ, закачуючи у рдловину Пояснення цього твердження таке ГідНКТ газ Відкривають радіальний клапан, для чого роудар руйнує кольматант, очищаючи ПЗП і, в спочатку скидають з устя свердловини (із поверхні якійсь мірі, колектор, і створює в ньому тріщини землі) кульку, а потім збільшують тиск в НКТ При Одночасно гідроудар впливає і на обсадну колону цьому насадка іде вниз, радіальні отвори з'єднуі на цементне кріплення колони, що не є бажаним ють міжтрубний простір, де тиск є низьким, із підЧим більша доля енергії удару буде засвоєна непакерним простором, де він є високим В резульвеликим об'ємом привибійної зони пласта, які нетаті рідина перетікає із під пакерного простору в обхідно обробити, і, ВІДПОВІДНО, менша доля буде міжтрубний простір, а на пласт діє "миттєва" дерозсіюватись за межами цього об'єму і вздовж пресія, або гідроудар Для повторення удару неколони, в її кріпленні, тим менший буде від'ємний обхідно підняти на устя верхню кульку, а тоді повплив удару на колону і на її кріплення вторити весь процес Недолік (б) пояснюється наступним Для очистки свердловин із різним ступенем забруднення і Суттєвими ознаками аналога, що збігаються із різними типами колекторів потрібні енергії ударів ознаками заявлюваного пристрою, є наявність різних рівнів У ПР по [2] не передбачено пристрою радіального клапана і підпружиненої насадки для регулювання енергії удару Цю енергію в даНедоліки ПГ по [2] ному ПГ задає сила, необхідна для деформації а) коефіцієнт корисної дм (ККД) гідроудару, пружини на момент відкриття клапана, але в ПГ не створюваного ПГ, є низьким, передбачено спеціалізованого вузла регулювання б) сила гідроудару не регулюється, сили пружини Задавати мінімально необхідну в) технологія створення гідроудару є складною енергію удару необхідно ще з міркувань зменшені дорогою, ня від'ємного впливу гідроудару на обладнання г) понижена надійність, визнана чутливістю до свердловини імпульсних складових тиску Недолік (а) пояснюється наступним 3 енергеНедолік (в) визваний необхідністю застосову вати додаткове обладнання - азотну установку з компресором і насосний агрегат, технологічний цикл є складним, бо передбачає додаткову закачку газу, стравлювання його в атмосферу, відкачку робочої рідини, додатковий підйом кульки на поверхню і повторне скидання її із поверхні в посадочне гніздо Недолік (г) пояснюється наступним Тиск в НКТ створюють поршневими агрегатами В складі такого тиску є імпульсна І постійна складові Під дією імпульсної складової насадка здійснює імпульсні коливання, які зменшують ресурс ГП [3] В склад ГП по [3] входить корпус, кулька і пружина Корпус з'єднано осьовим отвором клапана з джерелом тиску, а радіальними отворами - з оброблюваним об'ємом Кулька притиснута до осьового отвору корпуса пружиною і перекриває його Коли тиск на вході ГП стає більшим сили пружини, кулька відкриває отвір При певній величині витрати рідини тиск падає, кулька знову перекриває клапан, цикл повторюється, а ГП працює в режимі неперервних коливань Суттєвою ознакою аналога, що збігається із ознакою заявлюваного пристрою, є наявність підпружиненого клапана Недоліки ГП по [3] дуже малий ресурс ГП - порядка 5 хвилин [3], мала амплітуда коливань - до 5,5 МПа [3] За прототип вибраний ГП за [4] В його склад входить трубчатий корпус, стакан, закріплений в трубі, підпружинені пустотілі золотники і підпружинені кульові запірні елементи, розміщені в осьових каналах стакана Золотники і стакан виконані з радіальними каналами В початковому стані радіальні канали золотника і стакана співпадають, канали корпуса і золотника перекриті кульками ГП опускають у свердловину на колоні НКТ, заглушеній знизу і сполученій з підпакерною зоною В середині колони створюють надлишковий тиск, під дією якого кульки відкривають канали від корпуса в затруб Під час перетоку рідини на золотниках створюється надлишок тиску, під дією якого золотники приходять в рух і перекривають радіальні канали із НКТ в затруб При цьому "миттєво" зростає тиск в підпакерній зоні і створюється пдроударна хвиля, яка поширюється вздовж свердловини і, частково, у пласт Для створення наступних ударів скидають і знову піднімають тиск в НКТ Суттєвими ознаками прототипу, що збігаються із ознаками заявлюваного пристрою, є наявність корпуса, золотника і радіальних клапанів Недоліки ГП по [4] а) ККД пдроудару є низьким, б) сила пдроудару не регулюється, в) необхідність в скиданню і повторному ПІДЙОМІ тиску для створення наступних гідроударів, г) понижена надійність, визвана чутливістю до імпульсних складових тиску Недоліки (а), (б) і (г) пояснюються тими ж причинами, що і в ГП по [2] В основу винаходу поставлено задачу спрощення технології проведення гідроударів і регулювання їх енергії, збхльшення ККД гідроударів і надійності роботи пристрою Поставлена задача вирішується тим, що пристрій пдроударний обертовий містить корпус, зо 56392 лотник і радіальні клапани, виконані у вигляді отворів в корпусі і в золотнику, згідно з винаходом, він додатково оснащений вузлом регульованого порогу, спусковим і фіксуючим вузлами, золотник виконаний обертовим, при цьому отвори клапана оснащені осьовими перегородками, кромки перегородок в золотнику скошені відносно осьової площини, а вузол регульованого порогу містить СПІВВІСНО розміщені під пружинений поршень з встановлювальними гайками, вал і закріплений на валу золотник, торцеві ближні поверхні поршня і вала оснащені трикутними виступами, при цьому спусковий вузол містить поршень і вал з трикутними виступами, а також золотник зі скошеними кромками, крім цього фіксуючий вузол містить профільний пелюсток, закріплений на валу, і підпружинений ролик, закріплений на корпусі, а також трикутні виступи поршня і вала На фіг 1 приведено осьовий розріз пдроударного пристрою з обертовим золотником (ПГО), на фіг 2, 3, 4 і 5 - нормальні розрізи ПГО На фіг 6 показано компоновку обладнання для роботи ПГО в свердловині В склад пропонованого ПГО входять корпус 1, гайка упорна 2, зачіп 3, поршень 4, пружина поршня 5, гайки поршня 6 і 7, штифт 8, вал 9, золотник 10, гайка вала 11, ролик 12, пружина ролика 13 На торцевій нижній частині поршне виконано скошений виступ 14 і паз 15 На торцевій верхній частині вала виконано скошений виступ 16, а нижче, на циліндричній частині - профільний пелюсток 17 У валі виконано отвір 18 В корпусі виконано отвори 19 з перегородками 20, а в золотнику - отвір 21 з перегородками 22 Ці отвори виконують роль клапана Осьові зрізані під кутом до радіуса Вал і золотник встановлені на підшипнику 23 На нижній поверхні корпуса виконано конічне посадочне місце 24 Поршень 4, пружина 5, гайки 6 і 7 входять в склад порогового пристрою Скошені виступи на поршні і на валу, а також скошені кромки в отворах золотника виконують роль спускового механізму Скошені кромки отворе 21 і перегородок 22 в золотнику виконують, крім того, роль механізму відкривання клапана Пелюсток 17, ролик 12 і пружина 13 входять в склад механізму фіксації початкового кута повороту золотника Поршень встановлено з можливістю переміщення вздовж осі, золотник із валом - з можливістю обертання навколо осі Шпилька 8 не допускає повертання поршня Підчас роботи ПГО його вузли находяться під дією високого і низького тисків, позначених Рв і Рн Об'єми, в яких діють ці тиски при роботі в свердловині, умовно обведені на фіг 1 точковопунктирними ЛІНІЯМИ Верх поршня, зовнішня поверхня корпуса до посадочного гнізда і зовнішня поверхня золотника з'єднані із об'ємом Рв Зовнішня поверхня корпуса нижче посадочного гнізда, внутрішня поверхня золотника і низ поршня з'єднані із об'ємом Рн В порожнину, де розміщений низ поршня, тиск Рн поступає через отвір 18 у валі В початковому стані Рв=Рн, і поршень 4 під дією пружини 5 находиться у верхньому положенні Зазор між торцями поршня і вала встановлюється гайкою 7, а величина початкової деформації пру 56392 8 отвору золотника), т=0,1кг (сумарна маса золотника і вала), одержимо t=0,06с Формула [1] справедлива для руху по прямій, але оскільки дуги отворів корпуса і золотника розбиті перегородками на ряд вузьких сегментів, то для оціночних розрахунків в межах кожного сегменту и можна використати Перегородки в отворі корпуса виконують роль напрямних, спрямовуючи течію під заданим кутом на кожну скошену кромку отвору золотника Відомо, ЩО ТИСК при відкриванні клапана міняється експоненціальне і найбільш інтенсивно на початку відкривання клапана Задавшись довжиною фронту t5=0,1t, одержимо t5=0,006c Крутизна фронту в таких імпульсах в основному визначає ширину спектру і ККД пристрою Переваги пропонованого ПГО 1 ПГО створює імпульси з довжиною фронту коротшою, ніж в імпульсах прототипу в 1/0,06=17 і більше разів Таму згідно із приведеними вище аргументами ККД і ефективність ПГО при очистці кольматанта значно вищі і ближчі до оптимальних Для проведення робіт по очистці привибійної 2 ПГО практично не чутливий до імпульсного зони пласта (фіг 6) тиску, створюваного поршневими насосноПГО 25 опускають у свердловину 26 на колоні компресорними агрегатами, які застосовуються на НКТ 27 При цьому посадочне місце 24 корпуса свердловинах Ця перевага пояснюється тим, що ПГО сідає у посадочне гніздо 28 струминного напісля закривання клапана наростаючий тиск праксоса (СН) 29 і перекриває порожнину НКТ Нижче тично не впливає на процес фіксації початкового посадочного гнізда міжтрубний простір перекриположення золотника, бо тиск направлений не вають пакером ЗО 3 допомогою насоснонавпроти, а перпендикулярно руху золотника компресорного агрегату 31 піднімають тиск в НКТ, в результаті чого починає працювати СН При ро3 ПГО відрізняється незначною помилкою боті СН знижується тиск в підпакерній зоні, в нижвідпрацювання порогу (затримкою спрацювання) ній частині отвору корпуса і в сполучених з отвона порядки меншою ніж у прототипі, що пояснюром порожнинах золотника і поршня Коли різниця ється короткочасністю процесу розблокування тисків досягне порогу, ПГО створить пдроудар, а золотника і високою швидкістю його руху при подальшому підтримуванні тиску, більшого ПГО може працювати також і без СН в колоні порогу, буде періодично генерувати удари НКТ, оснащеній на рівні пласта посадочним гніздом, якщо створювати між НКТ і затрубним просВисока крутизна фронту, створюваного ГПО, тором тиск з допомогою насосно-компресорного пояснюється наступним При наявності порогу агрегату спрацювання золотник починає рук не від мінімального перепаду тисків, як у прототипі, а під дією ПГО може працювати і без додаткових перезаданої порогової сили F, величину якої оцінимо із городок в отворі корпуса і золотника Це спрощує наступних міркувань Приймаємо найбільша (поконструкцію, але збільшує довжину фронту імпурогова) величина тиску за цикл удару льсу ЛІТЕРАТУРА _ Рв=200кгс/см; 0, середня мінімальна 1 Кудинов В Й , Сучков Е М Методы повышеР=100кгс/см Вода тисне на скошені під кутом 45° ния производительности скважин Самара, 1996 кромки отворів, полоща кромок S=0, 6*5*3* = 9см2, 2 Устройство УСМД2-114 для создания мноде 0,6, 5 і 3 - ширина, довжина і середня КІЛЬКІСТЬ гократных высоких давлений на пласт Техничекромок, на яку тисне вода за цикл відкривання ское описание и инструкция к эксплуатации СКТБ клапана Сила тиску F=P*S*sin45°=100*9*0, "НЕДРА", г Ивано-Франковск, 1988 71=639кгс Швидкість відкривання клапана оцінимо із формули рівномірно-прискореного руху 3 Дыбленко В П и др Повышение продуктивности й реанимация скважин с применением вибL=at2/2 (1) роволнового воздействия М , "Недра", 2000г де L - шлях, пройдений отвором клапана, 4 Устройство для воздействия на призабойа - прискорення, ную зону скважин Бурнашов Л Д , Шмырин В Г АС t - час проходження шляху, 1 615 341 МКИ Е 21 В 43/25 БИ 1990 але a=F/m, 5 Акдре Арго Математика для радиоинженеF - сила, яка діє на кромки клапана, ров М Наука 1965 m - маса обертової частини 6 Кузнецов О Л , Ефимова С А Применение Тому ультразвука в нефтяной промышленности М t= (2*L*m/F)1/2 (2) "Недра" 1983 Задавшись І_=3, 14*4=12,56см (довжина дуги жини 5 - гайкою 6 Під тиском ролика 12 пелюсток 17 і золотник займають положення, показане на фіг 4, при цьому отвори клапана 19 і 21 перекриті З ростом Рв-Рн поршень з гайками рухається вниз, стикається із валом 9 і починає прокручувати його Коли величина Рв-Рн досягне порогового рівня, кромка отвору золотника стає навпроти кромки отвору корпуса Рідина під високим тиском Рв починає протікати в щілину (и) отвору клапана, давить послідовно на скошені кромки отвору золотника, повертає золотник і відриває клапан Положення ролика в пружиною і елементів вала при повороті вала на ISO показано на фіг 1 пунктиром При відкриванні клапана тиски вирівнюються При Рв«Рн поршень і золотник із валом повертаються в початкове положення (вал - під дією пружини 5, золотник з валом - під тиском ролика) Перегородки 20 в отворі 19 корпуса задають напрям течи на скошені кромки 22 отвара золотника, збільшують силу F і швидкість відкривання клапана 56392 ФІГ 1 А-А(М 1 : 2 ) 8 Фіг 2 10 11 56392 Б-Б(М 1 : 2 ) 13 16 Фіг З В-В (М 1:2} 22 Фіг 4 Г-Г (М 1:2) Фіг 5 12 56392 13 14 ФІГ б Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24