Гидропескоструйные перфораторы

Гидроперфоратор АП-6М конструкции ВНИИ изготавливался Калушским заводом нефтепромыслового оборудования (ныне завод «Карпатнефтемаш», Украина).

Устройство АП-6Мпоказано на рисунке 4.2.

1 – корпус; 2 – насадки; 3 – шар; 4 – хвостовик; 5 – запорное гнездо;

6 – держатель насадки; 7 – насадка.

Рисунок 4.2 - Гидроперфоратор АП-6М

В корпусе 1 расположены гидромониторные насадки 2 рабочего запорного узла в составе шара 3 и соответствующего запорного гнезда, выполненного в головке хвостовика 4, а также опрессовочного гнезда 5, выполненного непосредственно в головке корпуса перфоратора 1.

Сборка насадки (см. вынесенный узел I к рисунку 4.1) состоит из держателя насадки 6 и собственно насадки 7. Держатель насадки 6 в корпусе перфоратора 1 закрепляется с помощью резьбового соединения. ' ^~

Насадки выполнены из твердосплавного, абразивоустойчивого материала. Диаметр канала насадок составляет от 4, 5 до 6 мм.

Диаметр рабочего щара составляет 28 мм, опрессовочного - 50,4 мм. ^'fl

Перфоратор АП-6Мявляется основной (базовой) конструкцией данных устройств, обладает рядом достоинств.

Число насадок (10 штук) и порядок их расположения позволяет провести
основные варианты точечной или щелевой перфорации
(незадействованные отверстия для насадок герметизируются поставляемыми в комплекте заглушками).

После спуска НКТ с гидроперфоратором в скважину проводят опрессовку НКТ, для чего в гнездо 5 устанавливают опрессовочный шар,

который перекрывает сквозной канал перфоратора (на рисунке 1 шар не показан). После опрессовки НКТ проводят обратную промывку скважины, в результате чего шар восходящим потоком жидкости выносится на поверхность.

Для проведения перфорации в НКТ сбрасывают рабочий шар 3,
перекрывающий центральный канал перфоратора ниже уровня насадок 2. ^Гч~-

Отличительной особенностью перфоратора ВНИИ г.Перми, показанного на рисунке 4.3 является наличие в нём встроенного устройства сигнально-клапанного механизма позволяющего управлять открытием-закрытием циркуляционных каналов перфоратора (центрального, а также – насадок) в процессе промывки скважины с целью удаления осажденного песка.

1– корпус; 2 – насадка; 3 – запорное гнездо; 4 – запорный элемент (конус); 5 – фигурный патрубок-хвостовик; 6 – подвижная втулка; 7 – стержень; 8 – нижняя подвижная втулка-стакан; 9 – наружный опорный диск; 10 – кольцевая проточка; а – радиальные каналы в подвижной втулке 6; б – наклонно направленные каналы в нижней втулке - стакане 8.

Рисунок 4.3 - Гидропескоструйный перфоратор с сигнальным клапанным механизмом

Гидроперфоратор содержит корпус 1и гидромониторные насадки 2, клапан в составе: запорного гнезда 3 и запорного элемента 4, запорное гнездо 3 выполнено на жестко закрепленном в корпусе 1 фигурном патрубке – хвостовике 5. На запорном элементе 4 установлена подвижная втулка 6

(в данном случае как единое с элементом 4 изделие) с радиальными

каналами – а. Запорный элемент 4 жестко соединён с подпружинным стержнем 7, который в свою очередь соединен с нижней подвижной втулкой 8, имеющей наклонно-направленные каналы – б. Подвижная втулка – стакан 8 охватывает фигурный патрубок - хвостовик 5, может перемещаться по нему, и закреплена на стержне 7 вместе с открытым диском 9. Между корпусом 1 и подвижной втулкой 4 выполнена кольцевая проточка 10.

Работает перфоратор следующим образом. Запорный элемент 4, будучи прижат к гнезду 3 с помощью пружины, при спуске перфоратора в скважину и при проведении ЩГПП закрыт, а гидромониторные насадки 2 открыты.

После проведения ЩГПП приступают к промывке скважины с целью освобождения от отработанного (разрушенного) абразивного материала, состоящего из песчаной пульпы, а также осажденного песка. Освобождение ведут прямой промывкой через гидромониторные насадки, вытеснение из скважины пульпы–путём замены её объёма на чистую жидкость, одновременно опускают НКТ в скважину до касания наружного диска 9 о песчаную пробку в призабойной зоне. С помощью веса НКТ создают нагрузку в пределах 0,5 - 2 т. перфоратор через наружный диск 9 нагружают на забой (песчаную пробку), вследствие чего подпружинная подвижная втулка – стакан 8 вместе со стержнем 7, запорным элементом 4 и подвижной втулкой 6, перемещается вверх, открывая проход через гнездо клапана 3, и перекрывает каналы гидромониторных насадок 2.

Подаваемая под давлением промывочная жидкость из колонны труб проходит через радиальные каналы – а подвижной втулки 6, через кольцевую проточку 10, через полость патрубка-хвостовика 5 и поступает в наклонно- направленные каналы – б нижней подвижной втулки-стакана 8, по выходу из которых напорными струями с гидромониторным эффектом производит размыв песчаной пробки и вынос размытого песка через затрубное пространство скважины на поверхность.

При использовании данного устройства гидроперфоратора происходит

снижение трудоёмкости и сокращение объёма заключительных работ после проведения ЩГПП в результате того, что:

а) весь цикл работ по промывке скважины после ЩГПП, с целью удаления отработанного песка, проводится через перфоратор, так как его устройство способствует эффективному размьву (и выносу) осажденного песка; i

б) не требуется проведение работ по подъёму труб и спуску забойного двигателя с долотом, как при использовании перфоратора первого типа (рисунок 4.1 и рисунок 4.2).

в) всё это позволяет провести промывку и удаление осажденного песка своевременно, до наступления критической степени его уплотнения;

г) кроме того, наличие на выходе из перфоратора наклонно-направленных
каналов, создающих при промывке гидромониторный эффект, позволяет производить эффективный размыв также и значительно уплотнённого песка;

д) названные эффекты гидроперфоратора позволяют исключить проведение работ по разбуриванию уплотнённого песка.

После проведения работ по промывке скважины с использованием перфоратора необходим спуск НКТ с патрубком со скошенным концом для удаления остатков песка из забоя.

Рассмотрим схему вытекания потока жидкости ЩГПП в продуктивный пласт. Механизм образования канала показан на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – Схема вытекания потока в канал

Рассмотрим плоское сечение потока, вытекающего из насадки d₀ c начальной скоростью u₀ и образовывающего канал. Скорость u₀ сравняется на расстоянии от насадки l₀≤5 d₀, которую называют начальным участком потока; далее скорость резко снижается, потому что с отдалением от насадки внешние границы турбулентного потока расширяются за счёт захвата частиц жидкости из окружающей среды.

Вследствие увеличения массы осевая скорость потока снижается от u₀ до u_x. Поскольку скорость твёрдых частиц (песка) больше скорости потока, то более тяжёлая твёрдая частица резко ударяется о перегородку (металл колонны, породу), преодолевает силы сцепления материала перегородки и разрушает его.

Схема образования канала в скважине изображена на рисунке 4.5.

1 – гидропескоструйный аппарат; 2 – насадка; 3 – колонна; 4 – цементное кольцо; 5 – пласт.

Рисунок 4.5 – Схема формирования канала ЩГПП в скважине

Глубина канала формируется за цементным кольцом, определяется по уравнению:

L_пл=R_ап+l_a+l_t+r_c;

где R_ап – радиус аппарата;

r_c – радиус скважины (по показателям каверномера в интервале формирования отверстий ЩГПП), мм;

l_t – глубина канала, вформированного ШГПП, мм;

l_a – расстояние от торца насадки до эксплуатационной колонны, мм.