Патент на изобретение №2177536

(54) ПЕРФОРАТОР ГИДРОСТРУЙНЫЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и используется для механической перфорации труб нефтяных и газовых скважин. Обеспечивает высокое давление перфорирующей струи жидкости за счет установки конуса с расчетными параметрами, что позволяет обойтись без песка, снизить затраты времени и упростить операцию перфорации. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, поршень и сопло с отверстием. В поршне выполнен конус. Диаметр отверстия сопла выбран из условия превышения произведения давления подаваемой рабочей жидкости и отношения квадрата радиуса основания конуса к квадрату радиуса отверстия сопла над пределом прочности материала перфорируемой трубы. Поршень выполнен с возможностью прижатия к стенке перфорируемой трубы. 1 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и используется для механической перфорации труб нефтяных и газовых скважин.

Известны механические перфораторы различных конструкций, выполняющие перфорацию сверлением, прокалыванием, фрезерованием и т.п. (а.с. NN 673724 от 15.07.79, 68581 от 15.09.79, 968362 от 23.10.82, 1352042 от 15.11.87, 1668641 от 07.08.91, 2043486 от 10.09.95, 2070279 от 10.12.96, МПК E 21 B 43/11-43/119, РФ).

Общим недостатком перфораторов является низкая стойкость инструмента, большая его стоимость и ограниченная глубина перфорации.

Частично эти недостатки устранены в известном гидроструйном перфораторе, принятом за прототип. Гидроструйный перфоратор для перфорации труб в нефтяных и газовых скважинах содержит корпус, поршень, сопло с отверстием для создания перфорирующей струи рабочей жидкости (В.Е. Гавура и др. Современные методы и системы разработки газонефтяных залежей. М., ВНИИОУЭНП, 1994, с. 276). Данный перфоратор размывает стенку трубы и пласт струей жидкости с песком, подаваемыми под давлением до 300 атмосфер через отверстие диаметром 4-5 мм.

Основным достоинством такого перфоратора является значительная глубина перфорации (несколько метров) с созданием полостей в пласте.

Недостатками перфоратора являются длительность перфорации, достигающая 5-6 часов, а также сложности с созданием высокого давления и транспортированием песка.

Задачей предлагаемого изобретения является создание гидроструйного перфоратора, в котором устранены указанные недостатки.

Техническим результатом от использования изобретения является создание высокого давления перфорирующей струи жидкости, превышающего предел прочности материала перфорируемой трубы, что позволяет уменьшить давление подаваемой жидкости и обойтись без песка. Этого достаточно, чтобы снизить затраты времени на перфорацию и упростить операцию перфорации.

Указанный технический результат достигается тем, что в перфораторе гидроструйном для перфорации труб в нефтяных и газовых скважинах, содержащем корпус, поршень и сопло с отверстием, согласно изобретению в поршне выполнен конус, а диаметр отверстия сопла выбран из условия превышения произведения давления подаваемой рабочей жидкости и отношения квадрата радиуса основания конуса к квадрату радиуса отверстия сопла над пределом прочности материала перфорируемой трубы, причем поршень выполнен с возможностью прижатия к стенке перфорируемой трубы.

Выполнение конуса в поршне создает разность давлений рабочей жидкости, подаваемой в перфоратор, и жидкости, выходящей из сопла.

Выполнение диаметра отверстия сопла из условия превышения произведения давлений подаваемой рабочей жидкости на отношение квадрата радиуса основания конуса к квадрату радиуса отверстия сопла над пределом прочности материала перфорируемой трубы позволяет создать давление перфорирующей жидкости, производящее мгновенную перфорацию. Здесь использовано следующее явление. Известно, что соотношение давлений жидкости на входе в конус через его основание и на выходе из конуса через отверстие обратно пропорционально соотношению площадей основания конуса и отверстия
P₁/P₂ = S₁/S₂ = r²₂/r²₁ = r²₂/r²₁;
откуда

где P₁ – давление подаваемой в перфоратор рабочей жидкости;
P₂ – давление струи жидкости, выходящей из отверстия, сопла, то есть перфорирующей струи жидкости;
S₁ и r₁ – площадь и радиус основания конуса соответственно;
S₂ и r₂ – площадь и радиус отверстия сопла.

Например, при значениях P₁=100 атм, r₁=30 мм и различных значениях r₂ (1 мм, 2 мм и 3 мм) значение P₂ равно



Как видно, во всех случаях давление перфорирующей струи жидкости оказывается достаточным для разрушения металла, так как предел прочности металлов не превышает 10000 кгс/см².

Предложенный перфоратор представлен на чертеже, где изображен его продольный разрез.

Перфоратор содержит корпус 1, поршень 2, сопло 3 с отверстием 4 для создания перфорирующей струи жидкости, конус 5 в поршне 2 с основанием 6.

Перфоратор работает следующим образом. После спуска перфоратора на насосно-компрессорных трубах в зону перфорации включают подачу рабочей жидкости. Жидкость устремляется через корпус 1 в конус 5, одновременно прижимая поршень 2 к стенке перфорируемой трубы. Давление и скорость жидкости, движущейся по конусу 5, возрастают, достигая максимального значения на выходе, то есть в отверстии 4 сопла 3. Как уже говорилось, величина давления жидкости на выходе из сопла обратно пропорциональна отношению площадей (что равнозначно отношению квадратов радиусов) отверстия 4 и основания 6 конуса 5 и равна произведению этого отношения на давление подаваемой по насосно-компрессорной трубе рабочей жидкости. Благодаря такой зависимости струя рабочей жидкости осуществляет эффективную перфорацию трубы.

Формула изобретения

Перфоратор гидроструйный для перфорации труб в нефтяных и газовых скважинах, содержащий корпус, поршень и сопло с отверстием, отличающийся тем, что в поршне выполнен конус, а диаметр отверстия сопла выбран из условия превышения произведения давления подаваемой рабочей жидкости и отношения квадрата радиуса основания конуса к квадрату радиуса отверстия сопла над пределом прочности материала перфорируемой трубы, причем поршень выполнен с возможностью прижатия к стенке перфорируемой трубы.

РИСУНКИ