RU32178U1

RU32178U1 - Waterjet Cutter

Info

Publication number: RU32178U1
Application number: RU2003113449/20U
Authority: RU
Inventors: С.Р. Журавлев; Д.В. Кондратьев; Ф.А. Канеев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Октопус"
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2003-09-10

Description

ГВДРОАБРАЗИВНЫЙ РЕЗАКHYDROABRASIVE CUTTER

Полезная модель относится к горному делу, к области оборудования для скважин, может быть использована для резания в скважине труб, преимущественно обсадных, струей абразивной жидкости, а также для расширения ствола скважин, размыва цилиндрической, сферической или иной формы полости в горной породе, для качественного цементажа во время капитального ремонта скважин, при изоляции пластовых вод, межколонных перетоков, разобщения пластов и гидроразрывов. Помимо этого может быть использована для качественного вскрытия продуктивного пласта и создания подземных резервуаров при строительстве подземных хранилищ.The utility model relates to mining, to the field of equipment for wells, can be used for cutting pipes, mainly casing, with a jet of abrasive fluid, as well as for expanding a wellbore, erosion of a cylindrical, spherical or other shape of a cavity in a rock, for high-quality cementing during the overhaul of wells, with isolation of formation water, intercolumn flows, separation of formations and hydraulic fractures. In addition, it can be used for high-quality opening of the reservoir and the creation of underground reservoirs during the construction of underground storage.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для резки труб (А.С. СССР № 590434, кл. Е21 В29/00, публ. 30.01.78), содержащее корпус с седлом и радиальными каналами, в которых установлены посредством державок насадки, втулку с радиальными каналами, подвижную в осевом направлении для фиксации насадок в закрытом и открытом положениях, и якорь. При этом корпус на одном уровне с насадками имеет дополнительные радиальные каналы, в каждом из которых размещены поршень со штоком и фиксатор, застопоренный в исходном положении срезным элементом, при этом фиксатор установлен с возможностью взаимодействия с поршнем, а шток - с втулкой.The closest in technical essence and the achieved result is a device for cutting pipes (AS USSR No. 590434, class E21 B29 / 00, publ. 30.01.78), containing a housing with a saddle and radial channels in which are installed by means of nozzle holders , a sleeve with radial channels, movable in the axial direction for fixing the nozzles in the closed and open positions, and an anchor. In this case, the housing at the same level with the nozzles has additional radial channels, in each of which there is a piston with a rod and a latch locked in the initial position by a shear element, while the latch is installed with the possibility of interaction with the piston, and the rod with the sleeve.

Е21 В29/00E21 B29 / 00

///-2/// - 2

-ограниченная область применения, так как устройство предназначено для резки труб малого диаметра (до 114 мм), прихваченных в скважинах и не предназначено для резки труб большего диаметра и эксплуатационных колонн;- limited scope, since the device is designed for cutting pipes of small diameter (up to 114 mm), stuck in wells and is not intended for cutting pipes of larger diameter and production casing;

-наличие в устройстве всего двух насадок явно недостаточно, что значительно увеличивает продолжительность процесса резки;- the presence in the device of only two nozzles is clearly not enough, which significantly increases the duration of the cutting process;

-небольшой разовый ресурс временной работы устройства, обусловленный разрушением гидромониторных насадок, приводящий к дополнительным затратам по спуско-подъемным операциям для их замены;-a small one-time resource for temporary operation of the device, due to the destruction of hydraulic nozzles, leading to additional costs for tripping operations to replace them;

-строго горизонтальное расположение насадок в радиальном направлении может привести к разрушению обоймы насадок обратной гидроабразивной струей и вывести устройство из строя во время процесса резки. Помимо этого это способствует образованию абразивных (песчаных) пробок на забое, на промывку которых потребуются дополнительные средства.-strictly horizontal arrangement of nozzles in the radial direction can lead to destruction of the nozzle holder by a reverse waterjet and damage the device during the cutting process. In addition, this contributes to the formation of abrasive (sand) plugs at the bottom, for the washing of which additional funds will be required.

Технический результат предполагаемой полезной модели заключается в расширении области применения при увеличении эффективности использования и эксплуатационной надежности устройства.The technical result of the proposed utility model is to expand the scope while increasing the efficiency of use and operational reliability of the device.

Указанный технический результат достигается тем, что в гидроабразивном резаке, содержащем узел крепления гидроабразивного резака к колонне труб, корпус с седлом, режущий узел с радиально расположенными гидромониторными насадками, корпус выполнен в виде фигурного стакана с посадочным седлом в его нижней части, и с промывочным цилиндрическим отверстием и имеет вертикальные и горизонтальные цилиндрические каналы.The specified technical result is achieved by the fact that in a waterjet cutter containing a attachment unit of the waterjet cutter to the pipe string, a housing with a saddle, a cutting assembly with radially arranged hydraulic nozzles, the housing is made in the form of a figured cup with a seating saddle in its lower part, and with a flushing cylindrical hole and has vertical and horizontal cylindrical channels.

соединенные с гидромониторными насадками, равномерно размещенными по всей окружности корпуса, выходные отверстия которых находятся на одном уровне и направлены вверх под углом 5-15° к горизонтальной плоскости, при этом гидромониторные насадки, сообщающиеся с вертикальными цилиндрическими каналами чередуются с гидромониторными насадками, сообщающимися с горизонтальными цилиндрическими каналами. Узел для крепления гидроабразивного резака к колонне труб выполнен в виде муфты, образующей вместе с корпусом промежуточную полость, сообщающуюся с вертикальными цилиндрическими каналами, внутри корпуса расположена неподвижная втулка с перепускными отверстиями и золотником со стопорным кольцом, выполненным с возможностью вертикального скольжения вдоль неподвижной втулки с перепускными отверстиями, верхняя часть золотника выполнена в виде посадочного седла. Гидромониторные насадки выполнены из материала с повышенной износостойкостью, в качестве которого использован алмазный поликристалл.connected to hydromonitor nozzles evenly spaced around the entire circumference of the housing, the outlet openings of which are at the same level and directed upward at an angle of 5-15 ° to the horizontal plane, while the hydromonitor nozzles communicating with vertical cylindrical channels alternate with the hydromonitor nozzles communicating with horizontal cylindrical channels. The assembly for attaching a waterjet cutter to a pipe string is made in the form of a sleeve, which forms, together with the housing, an intermediate cavity communicating with vertical cylindrical channels, a stationary sleeve with bypass holes and a spool with a retaining ring made with the possibility of vertical sliding along the stationary sleeve with bypass holes, the upper part of the spool is made in the form of a landing saddle. Hydromonitor nozzles are made of a material with increased wear resistance, which is used as a diamond polycrystal.

На чертежах изображен гидроабразивный резак. На фиг.1 - вид спереди, вертикальный разрез. На фиг.2 - гидроабразивные насадки, их расположение и разрезы по плоскостям А-А и Б-Б.The drawings depict a waterjet cutter. Figure 1 is a front view, a vertical section. Figure 2 - waterjet nozzles, their location and sections along the planes aa and bb.

Гидроабразивный резак содержит корпус 1, узел крепления гидроабразивного резака 2 к колонне труб, гидромониторные насадки 3, 4, радиально расположенные равномерно по всей окружности корпуса, выходные отверстия которых находятся на одном уровне и направлены вверх под углом 5-15° к горизонтальной плоскости, корпус выполнен с вертикальными 5 иThe waterjet cutter comprises a housing 1, a attachment unit for a waterjet cutting torch 2 to the pipe string, hydraulic nozzles 3, 4 radially spaced uniformly over the entire circumference of the housing, the outlet openings of which are at the same level and directed upward at an angle of 5-15 ° to the horizontal plane, executed with vertical 5 and

- 3 -- 3 -

горизонтальными 6 цилиндрическими каналами. Гидромониторные насадки 3 сообщаются с вертикальными цилиндрическими каналами 5 и чередуются с гидромониторными насадками 4, сообщающимися с горизонтальными цилиндрическими каналами 6. Корпус 1 выполнен в виде фигурного стакана с посадочным седлом 7 в его нижней части под нижний шаровой клапан 8 с промывочным цилиндрическим отверстием. Узел для крепления гидроабразивного резака 2 к колонне труб выполнен в виде муфты и образует вместе с корпусом 1 промежуточную полость 9, сообщающуюся с вертикальными цилиндрическими каналами 5. Внутри корпуса 1 расположена неподвижная втулка 10 с перепускными отверстиями 11, уплотнительными элементами 12 и золотником 13 в виде втулки со стопорным кольцом 14 и уплотнительными элементами 15, верхняя часть золотника 13 расточена под посадочное седло для верхнего щарового клапана 16.horizontal 6 cylindrical channels. The hydraulic nozzles 3 communicate with vertical cylindrical channels 5 and alternate with the hydraulic nozzles 4 communicating with horizontal cylindrical channels 6. The housing 1 is made in the form of a figured cup with a seat 7 in its lower part under the lower ball valve 8 with a flushing cylindrical hole. The assembly for attaching the waterjet cutting torch 2 to the pipe string is made in the form of a coupling and forms, together with the housing 1, an intermediate cavity 9 communicating with the vertical cylindrical channels 5. Inside the housing 1 there is a stationary sleeve 10 with bypass holes 11, sealing elements 12 and a spool 13 in the form bushings with a locking ring 14 and sealing elements 15, the upper part of the spool 13 is bored under the seat for the upper ball valve 16.

Наличие в устройстве золотника 13, стопорного кольца 14 и уплотнительных элементов 12 и 15 обеспечивает герметичность промежуточной полости 9 от гидроабразивной среды во время работы гидромониторных насадок 4.The presence in the device of the spool 13, the locking ring 14 and the sealing elements 12 and 15 ensures the tightness of the intermediate cavity 9 from the hydroabrasive medium during operation of the hydraulic nozzles 4.

Наличие перепускных отверстий И в неподвижной втулке 10 обеспечивает сообщение гидроабразивной среды с вертикальными цилиндрическими каналами 5 и гидромониторными насадками 3, при срезке стопорного кольца 14 и перемещении золотника 13 вниз до упора.The presence of bypass holes And in the stationary sleeve 10 provides a message of the hydroabrasive medium with vertical cylindrical channels 5 and hydraulic nozzles 3, when cutting the retaining ring 14 and moving the spool 13 down to the stop.

Верхний шаровой клапан 17, служащий для срезки стопорного кольца 14 и перемещения золотника 13 вниз до упора, вместе с ним перекрывает доступ гидроабразивной среды в отработанные гидромониторные насадки 4.The upper ball valve 17, which serves to cut off the retaining ring 14 and move the spool 13 down to the stop, together with it blocks the access of the hydroabrasive medium to the spent hydraulic nozzles 4.

Наличие радиально расположенных по всей окружности корпуса гидромониторных насадок, работающих (поочередно) соизмеренное с мощностями существующих в настоящее время наземных насосных агрегатов, позволяет резко сократить процесс резки и расщирить диапазон разрезаемых труб до диаметра 426 мм и более. Помимо этого появляется возможность одновременной резки 3-4 колонн труб, находящихся одна в другой и закрепленных при этом между собой цементным камнем, или производить несколько операций без подъема напорных труб для замены гидромониторных насадок.The presence of hydromonitor nozzles radially located around the entire circumference of the casing, working (alternately) commensurate with the capacities of the currently existing ground-based pumping units, can dramatically reduce the cutting process and expand the range of cut pipes to a diameter of 426 mm or more. In addition, it becomes possible to simultaneously cut 3-4 columns of pipes located one in the other and fixed together with cement stone, or to perform several operations without lifting pressure pipes to replace the hydraulic nozzles.

Устройство работает следующим образом:The device operates as follows:

Гидроабразивный резак посредством устройства для крепления к колонне труб жестко крепят на колонне напорных труб (на чертеже не показано) и спускают в скважину на заданную глубину резки. По напорным трубам наземными насосами подают гидроабразивную смесь (вода с песком, раствор с абразивом и др.) под давлением 25-30 МПа. В это время нижний щаровой клапан 8 герметично перекрывает промывочное отверстие посадочного седла 7, при этом давление в устройстве резко возрастает. Гидроабразивная смесь через внутреннее сечение золотника 13 неподвижной втулки 10 и каналы 6 поступает в гидромониторные насадки 4. Истекая из них со скоростью 200-210 м/сек, гидроабразивная смесь разрушает металлическую поверхность разрезаемойThe waterjet cutter, by means of a device for attaching to a pipe string, is rigidly mounted on a column of pressure pipes (not shown in the drawing) and lowered into the well to a predetermined cutting depth. A water-abrasive mixture (water with sand, a solution with an abrasive, etc.) is fed through pressure pipes by ground pumps at a pressure of 25-30 MPa. At this time, the lower ball valve 8 seals the flushing hole of the seat 7, while the pressure in the device rises sharply. Hydroabrasive mixture through the internal section of the spool 13 of the stationary sleeve 10 and the channels 6 enters the nozzle 4. Expiring from them at a speed of 200-210 m / s, the hydroabrasive mixture destroys the metal surface of the cut

a 3//fia 3 // fi

- 5 -- 5 -

трубы. При этом колонне напорных труб вместе с устройством нридают вращение вокруг своей оси, в результате чего происходит резка трубы по всей окружности.pipes. In this case, the column of pressure pipes together with the device draw rotation around its axis, as a result of which the pipe is cut around the entire circumference.

По мере разрушения насадок 4 (при проведении нескольких операций по резке или, например, нри резке толстостенных труб большого диаметра), о чем судят по падению давления на наземных насосах при одинаковом расходе гидроабразивной среды, процесс резки прерывают путем прекращения подачи абразива и снижения расхода жидкости и ее давления до 1,0-3,0 МПа. Затем в колонну напорных труб сбрасывают верхний шаровой клапан 17 и продавливают его жидкостью до перекрытия им посадочного седла в золотнике 13, о чем судят по росту давления на выходе наземных насосных агрегатов. После этого плавно поднимают давление на наземных насосных агрегатах до 5,0-8,0 МПа, при котором происходит срезка стопорного кольца 14 и золотник 13 вместе с верхним шаровым клапаном 17 перемещается вниз до упора, открывая при этом отверстия 11 в неподвижной втулке 10. Затем вновь подают гидроабразивную смесь и поднимают рабочее давление до 25-30 МПа. В этом случае гидроабразивная смесь через отверстия 11, промежуточную полость 9 и цилиндрические каналы 5 попадает в другие, неработающие до этого гидромониторные насадки 3 и процесс резки труб продолжается.As the nozzles 4 break down (during several cutting operations or, for example, when cutting thick-walled large-diameter pipes), as judged by the pressure drop on the ground pumps at the same flow rate of the waterjet, the cutting process is interrupted by stopping the flow of abrasive and reducing fluid flow and its pressure up to 1.0-3.0 MPa. Then, the upper ball valve 17 is dumped into the column of pressure pipes and pressed through with liquid until the seat seat in the spool 13 is blocked by it, as judged by the pressure increase at the outlet of the ground pump units. After that, the pressure on the surface pumping units is smoothly raised to 5.0-8.0 MPa, at which the snap ring 14 is cut and the spool 13 together with the upper ball valve 17 moves down to the stop, opening holes 11 in the stationary sleeve 10. Then, the hydroabrasive mixture is again fed and the working pressure is raised to 25-30 MPa. In this case, the waterjet mixture through the openings 11, the intermediate cavity 9 and the cylindrical channels 5 enters the other, previously not working hydromonitor nozzles 3 and the pipe cutting process continues.

Установка осей всех гидромониторных насадок под углом р 5-15° вверх по отношению к горизонтальной плоскости позволяет избежать быстрого разрушения обоймы насадок и корпуса устройства обратной гидроабразивной струей, облегчить вынос отработанного абразива (песка) с плоскости резки иThe installation of the axes of all the hydraulic nozzles at an angle of p of 5-15 ° upward relative to the horizontal plane allows you to avoid the rapid destruction of the nozzle holder and the housing of the device with a reverse waterjet, to facilitate the removal of spent abrasive (sand) from the cutting plane and

предотвратить образование абразивных (или резко снизить вероятность) пробок на забое. Установка осей нод углом менее 5° нецелесообразна из-за большой разрушающей силы обратной гидроабразивной струи, а при значениях угла р 15° теряется эффективность резки и увеличивается ее продолжительность.prevent the formation of abrasive (or sharply reduce the likelihood) traffic jams on the face. Setting the axes of the nodes with an angle of less than 5 ° is impractical due to the large destructive force of the reverse hydroabrasive jet, and at values of the angle p of 15 ° the cutting efficiency is lost and its duration increases.

После прекраш;ения процесса резки устройство вместе с колонной напорных труб извлекают на поверхность.After termination of the cutting process, the device together with the column of pressure pipes is removed to the surface.

Пример: Промышленные испытания гидроабразивного резака проведены в скважине на глубине 2354 м, при одновременной резки двух зацементированных; технической колонны диаметром 244,5 м (толщина стенки 11,99 мм) и размещенной в ней эксплуатационной колонны диаметром 177,8 мм (толщина стенки - 12,65 мм). Интервал резки располагался напротив напорного водоносного песчаника. Процесс осуществлялся следующим образом: в 177,8 мм эксплуатационную колонну спустили 89-ти миллиметровые бурильные трубы с гидроабразивным резаком и установили напротив заданного интервала резки. Наземными насосами «Фракмастер и ЦА-320 в 89 мм в бурильные трубы подавали гидроабразивную смесь (80 г песка на 1 литр соляного раствора) при давлении 28,0 МПа и расходе 18,0 л/сек, скорость вращения бурильных труб с гидроабразивным резаком установили в 35 об/мин. После 55 минут резки появилась циркуляция в межколонном пространстве (до этого циркуляция отсутствовала), еще через 15 минут резку приостановили из-за падения давления на насосных агрегатах до 19,0 МПа, что указывало на разрушение первых гидромониторных насадок. В бурильные трубы перестали подавать абразив, снизили расход жидкости и давление до 1,5 МПа. Через лубрикаторноеExample: Industrial tests of a waterjet cutting torch were carried out in a well at a depth of 2354 m, while cutting two cemented ones; a technical column with a diameter of 244.5 m (wall thickness 11.99 mm) and a production column placed in it with a diameter of 177.8 mm (wall thickness - 12.65 mm). The cutting interval was located opposite the pressure aquifer. The process was carried out as follows: 89 mm drill pipes with a waterjet cutter were lowered into a production casing in 177.8 mm and installed opposite the specified cutting interval. With the Frammaster and TsA-320 ground pumps in 89 mm, waterjet mixture (80 g of sand per 1 liter of brine) was supplied to the drill pipes at a pressure of 28.0 MPa and a flow rate of 18.0 l / s, the rotation speed of drill pipes with a waterjet cutter was set at 35 rpm After 55 minutes of cutting, circulation appeared in the annulus (there was no circulation before), another 15 minutes later the cutting was stopped due to the pressure drop on the pump units to 19.0 MPa, which indicated the destruction of the first hydraulic nozzles. Abrasive ceased to be fed into the drill pipes, reduced fluid flow and pressure to 1.5 MPa. Through the lubricator

х//x //

-7устройство в бурильные трубы сбросили шаровой клапан диаметром 36 мм и продавили его жидкостью до посадки на седло золотника, о чем судили по увеличению давления на выходе насоса до 3,0 МПа. Затем плавно подняли давление до 7,0 МПа, произвели срезку стопорного кольпа и сдвинули золотник вниз до упора, о чем судили по резкому падению давления до 1,0 МПа. После этого вновь повысили расход жидкости до 18,0 л/сек, подняли рабочее давление до 28,0 МПа и подали абразив в бурильные трубы, то есть продолжили процесс резки следующими гидромониторными насадками. Еще через 65 минут процесс резки прекратили, так как помимо рабочей абразивной жидкости, на устье скважины было зафиксировано больщое количество дополнительной жидкости (пластовой воды), выходящей из технической колонны, и межколонных пространств. После этого скважину промыли до полного выноса песка и перелива чистой пластовой воды из водоносного песчаника. Затем подняли 89-ти миллиметровые бурильные трубы вместе с гидроабразивным резаком. Факт обрезания двух колонн был подтвержден методами промысловой геофизики. Общее время резки колонн составило 2 часа 15 минут.-7 the device threw a ball valve with a diameter of 36 mm into the drill pipes and pushed it with liquid before landing on the valve seat, as judged by the increase in pressure at the pump outlet to 3.0 MPa. Then the pressure was gradually raised to 7.0 MPa, the stopper valve was cut off and the slide valve was moved down to the stop, as judged by a sharp drop in pressure to 1.0 MPa. After that, the fluid flow rate was again increased to 18.0 l / s, the working pressure was raised to 28.0 MPa and the abrasive was fed into the drill pipes, that is, the cutting process was continued with the following nozzles. After another 65 minutes, the cutting process was stopped, since in addition to the working abrasive fluid, a large amount of additional fluid (produced water) leaving the technical column and the annular spaces was recorded at the wellhead. After that, the well was washed until the sand is completely removed and pure formation water is poured from the aquifer sandstone. Then they lifted 89 mm drill pipes along with a waterjet cutter. The fact of circumcision of two columns was confirmed by methods of field geophysics. The total column cutting time was 2 hours 15 minutes.

Осложнений при ведении работ не наблюдалось.No complications were observed.

Предлагаемая конструкция гидроабразивного резака позволяет:The proposed design of a waterjet cutter allows you to:

-расширить область применения устройства;-to expand the scope of the device;

-повысить эффективность использования и эксплуатационную надежность устройства;-increase the efficiency of use and operational reliability of the device;

-ускорить процесс резки труб;-accelerate the process of cutting pipes;

-увеличить временной ресурс работы устройства, сократив при этом затраты, связанные со спуско-подъемными операциями по замене отработанных насадок;-increase the time resource of the device, while reducing the costs associated with tripping operations to replace waste nozzles;

-улучшить процесс удаления отработанного абразива с плоскости резки труб (предотвратить образование песчаных пробок на забое).-improve the process of removing spent abrasive from the pipe cutting plane (to prevent the formation of sand plugs at the bottom).

Экономический эффект от использования данного устройства по сравнению с известными составляет 200-250 тыс.рублей на одну скважиннооперацию.The economic effect of using this device in comparison with the known is 200-250 thousand rubles per well operation.

Claims

1. Hydroabrasive cutter, containing the attachment unit of the hydroabrasive cutter to the pipe string, a housing with a saddle, a cutting assembly with radially arranged hydraulic nozzles, characterized in that the housing is made in the form of a figured cup with a seating saddle in its lower part with a flushing cylindrical hole and has vertical and horizontal cylindrical channels connected to hydraulic nozzles, evenly spaced around the entire circumference of the housing, the outlet openings of which are at the same level and directed up at an angle of 5-15 ° to the horizontal plane, while the hydraulic nozzles communicating with the vertical cylindrical channels alternate with the hydraulic nozzles communicating with the horizontal cylindrical channels, the attachment unit of the waterjet cutter to the pipe string is made in the form of a coupling, forming together with the body an intermediate cavity communicating with vertical cylindrical channels, a stationary sleeve with bypass holes and a spool with the possibility of vertically th sliding along the fixed sleeve with bypass holes, the upper part of the spool is made in the form of a nozzle seat.

2. Waterjet cutting torch, characterized in that the hydraulic nozzle is made of a material with increased wear resistance.

3. Hydroabrasive cutter according to any one of claims 1 and 2, characterized in that a diamond polycrystal is used as a material with increased wear resistance.