КУМУЛЯТИВНЫЙ СКВАЖИННЫЙ ПЕРФОРАТОР Российский патент 1997 года по МПК E21B43/117 

Изобретение относится к способам и устройствам для добычи нефти, газа, воды или других полезных ископаемых, например, в виде шлака из буровых скважин, а более конкретно к устройствам для перфорирования скважин - кумулятивным скважинным перфораторам.

Известны кумулятивные перфораторы (1), являющиеся эффективным средством вскрытия продуктивных пластов в нефтяных, газовых, нагнетательных и водяных скважинах, позволяющие проводить перфораторные работы в скважинах с различными геологическими и техническими условиями, с гидравлическим давлением до 1200 кг/см и температурой до 200^oC.

Так, например, известен корпусный кумулятивный перфоратор (2), в котором в отличие от существующих ранее корпус выполнен из наружного кожуха и внутренней опорной втулки с поперечными сквозными отверстиями для размещения зарядов, что позволило повысить пробивную способность перфоратора в глубоких скважинах с высокой температурой и большим давлением.

Известен кумулятивный перфоратор (3), который собирают из нескольких секций с резьбой на концах. Каждая секция достаточна лишь для размещения одного заряда. Все секции помещаются в один общий корпус. Такое устройство преследовало цель упрощения и удешевления работ.

В источнике (4) описан кумулятивный перфоратор, в котором с целью проходимости его по скважине корпус выполнен в виде многогранной, например четырехгранной, призмы.

Известен кумулятивный перфоратор (5), который содержит трубчатый корпус, в котором смонтированы вкладыши из пеноматериала с ориентированными в разных направлениях гнездами для кумулятивных зарядов и с детонационными каналами (боевой цепью).

К недостаткам аналогов можно отнести их недостаточно широкие эксплуатационные возможности, обусловленные продольными габаритами и относительной жесткостью конструкции, что затрудняет прохождение перфоратора по скважине, невозможностью регулирования высоты перфорирования в зависимости от мощности продуктивного пласта непосредственно перед перфорированием скважины, недостаточной надежностью работы боевой цепи (затруднен контроль качества детонационной цепи после проведения сборочных работ), значительной трудоемкостью работ непосредственно перед перфорированием скважины и, соответственно, повышенной опасностью выполнения работ.

Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа, выбран кумулятивный скважинный перфоратор (6).

Известный кумулятивный скважинный перфоратор содержит трубчатый корпус, выполненный из отдельных модулей, шарнирно соединенных между собой с возможностью пространственного отслеживания профиля скважины, в корпусе каждого модуля смонтированы вкладыши из пеноматериала с ориентированными в разных направлениях гнездами для кумулятивных зарядов и с боевой цепью, которая выполнена в виде гибкой огневой связи с возможностью последовательного инициирования от модуля к модулю.

Недостатками перфоратора-прототипа являются невысокие эксплуатационные возможности, обусловленные необходимостью выполнения большого количества сборочных операций непосредственно перед применением перфоратора, что приводит к непроизводительным потерям времени при сборке перфоратора; малая надежность работы огневой связи из-за возможного некачественного соединения модулей по огневым цепям вследствие, например, неполного доворачивания накидных гаек устройства передачи детонации, что приводит к незапланированным большим зазорам в зонах передачи детонационного импульса от модуля к модулю, отказам работы перфоратора вследствие разгерметизации одного из корпусов модулей из-за возможного чрезмерного момента затяжки, приводящего к разрушению ослабленной зоны передачи детонаций; малая технологичность изготовления корпусов модулей, так как для обеспечения необходимой для данной конструкции однозначной механической и огневой связи модулей требуются дополнительные конструктивные элементы и совместная обработка корпусов модулей; невысокая безопасность собранного перфоратора, так как оболочка огневой цепи для обеспечения ее гибкости выполняется относительно тонкой.

Сущность изобретения заключается в том, что в скважинном кумулятивном перфораторе, содержащем трубчатый корпус, выполненный из отдельных модулей, шарнирно соединенных между собой с возможностью пространственного отслеживания профиля скважины, а боевая цепь выполнена в виде гибкой огневой связи с возможностью последовательного инициирования кумулятивных зарядов от модуля к модулю, согласно изобретению, шарнирное соединение модулей выполнено осуществляющим одновременно функции механической и гибкой огневой связи. Кроме того, цель также достигается тем, что в изобретении два взаимно соединенных звена шарнирного соединения модулей изготовлены одно со сферической головкой, а другое со сферическим ложементом, расположенным внутри корпуса звена, при этом на последнем выполнены сквозные, сопряженные друг с другом паз и отверстие, а внутри каждого из звеньев выполнены сквозные, продольные, соосные каналы, каждый из которых снабжен тонкостенной металлической перегородкой, заполнен взрывчатым составом и выполнен сообщающимся с устройством передачи детонации в своем модуле. Кроме того, цель достигается тем, что отверстие на корпусе со сферическим ложементом звена выполнено диаметром, равным диаметру цилиндра сферической головки, а ширина паза, сопряженного с этим отверстием, выполнена меньше диаметра цилиндра сферической головки, а также тем, что этот паз может быть выполнен фигурным.

Заявляемый кумулятивный скважинный перфоратор отличается от известного новыми функциональными признаками, изложенными в отличительной части изобретения и обеспечивающими шарнирным соединениям между модулями осуществление одновременного исполнения функций механической и огневой связи, что позволяет считать предложенное устройство соответствующим критерию "новизна".

Причинно-следственная связь между сущностью изобретения и средствами достижения технического эффекта обусловлена тем, что в предлагаемом устройстве удалось сократить операции по сборке перфоратора непосредственно перед опусканием в скважину до минимума, а внешнюю огневую связь заменить внутренней.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлено шарнирное соединение модулей, одновременно выполняющее функции механической и огневой связи с пояснением последовательности стыковки модулей между собой.

Шарнирное соединение модулей (фиг. 1) состоит из двух звеньев - сферической головки 1 и корпуса 2 со сферическим ложементом А, расположенным внутри него. На корпусе 2 со сферическим ложементом А имеются сквозные, сопряженные друг с другом паз Б и отверстие В, причем ширина паза Б меньше диаметра цилиндра Г сферической головки 1, а диаметр сквозного отверстия В равен диаметру цилиндра Г сферической головки 1. Сферическая головка 1 жестко соединена при помощи "шейки" Д с крышкой модуля 8. Характерный размер "шейки" Д выполнен равным ширине паза Б корпуса 2. В корпусе 2 и сферической головке 1 расположены сквозные продольные и соосные каналы Б (фиг. 2), заполненные взрывчатым составом 3. В сферической головке 1 и корпусе 2, в зоне передачи детонации от модуля к модулю, установлены передающая 4 и приемная 5 шашки из взрывчатого состава. Для обеспечения гибкости огневой связи диаметр передающей шашки 4 выполнен значительно большим диаметра приемной шашки 5. Герметичность модулей в зоне передающей 4 и приемной 5 шашек обеспечивается сферическими тонкостенными перегородками Ж, конструктивно оформленными в виде накладки 6 и втулки 7, причем между приемной шашкой 5 и втулкой 8 заложен конструктивный зазор 9 (фиг. 1), повышающий надежность передачи детонации.

Работа шарнирного соединения, одновременно осуществляющего функции механической и гибкой огневой связи, заключается в следующем.

Собираемые модули устанавливаются перпендикулярно один относительно другого. Затем сферическая головка 1 звена шарнирного соединения одного из модулей совмещается своей цилиндрической поверхностью Г со сквозным отверстием В корпуса 2 со сферическим ложементом А звена другого модуля и перемещается вдоль продольной оси сферической головки 1 до упора в поверхность сферического ложемента А корпуса 2 (фиг. 1), далее "шейка" Д сферической головки 1 совмещается с пазом Б корпуса 2 и модуль поворачивается на 90^o до совмещения продольных осей собираемых модулей. В этом положении приемная шашка 5 находится в пределах передающей шашки 4. Исходя из того, что соотношение диаметров передающей 4 и приемной 5 шашек назначается в зависимости от максимально возможного отклонения продольных осей модулей, которое в свою очередь определяется расстоянием между осями шарнирных соединений модуля, а также максимальным зазором между наружным диаметром корпуса модуля и внутренним диаметром скважины, в скважине приемная шашка 5 по зоне передачи детонации всегда будет находиться в пределах передающей шашки 4, чем и обеспечивается гибкая огневая связь между модулями. Эти операции повторяются, пока все модули не будут соединены друг с другом. После этого кумулятивный перфоратор в сборе опускается в скважину, повторяя ее изгибы, и ждет сигнала к перффорации скважины.

Использование изобретения позволяет значительно повысить эксплуатационные возможности кумулятивного перфоратора, обусловленные
сокращением количества сборочных операций по соединению модулей между собой, непосредственно перед применением перфоратора, что особенно важно при работе зимой в условиях Севера;
повышением надежности передачи детонации между модулями, так как качество гибкой огневой связи обеспечивается конструкцией шарнирного соединения и зависит только от завода-изготовителя;
понижением возможности отказов перфоратора из-за разгерметизации одного из модулей, так как в данной конструкции исключается возможность механического повреждения тонкостенных перегородок в процессе соединения модулей;
повышением технологичности изготовления перфоратора, так как в данной конструкции не нужны конструктивные элементы и технологические меры по обеспечению однозначной механической и гибкой огневой связи модулей;
повышением безопасности при сборке перфоратора, так как огневая цепь защищается прочным корпусом шарнирного соединения.

Использование: в устройствах для перфорирования скважин - кумулятивных перфораторах. Обеспечивает повышение надежности работы устройства. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, выполненный из отдельных модулей. Они имеют кумулятивные заряды и детонационные каналы. Модули соединены между собой переходниками с устройствами передачи детонации. Каждый из переходников выполнен из двух шарнирно соединенных звеньев. Одно из них изготовлено с цилиндром со сферической головкой, другое - со сферическим ложементом. Он расположен внутри корпуса звена. Сам корпус выполнен с пазом и отверстием. Они сопряжены друг с другом. Внутри каждого из звеньев выполнены продольные и соосные каналы. Каждый из них снабжен тонкостенной металлической перегородкой и заполнен взрывчатым составом и выполнен сообщающимся с устройством передачи детонации в своем модуле. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Кумулятивный скважинный перфоратор, содержащий корпус, выполненный из отдельных модулей, имеющих кумулятивные заряды и детонационные каналы и соединенных между собой переходниками с устройствами передачи детонации, отличающийся тем, что каждый из переходников выполнен из двух шарнирно соединенных звеньев, изготовленных одно с цилиндром со сферической головкой, а другое со сферическим ложементом, расположенным внутри корпуса звена, причем в последнем выполнены сопряженные друг с другом паз и отверстия, а внутри каждого из звеньев выполнены продольные и соосные каналы, каждый из которых снабжен тонкостенной металлической перегородкой, заполнен взрывчатым составом и выполнен сообщающимся с устройством передачи детонации в своем модуле. 2. Перфоратор по п.1, отличающийся тем, что отверстия в корпусе звена со сферическим ложементом выполнены диаметром, равным диаметру цилиндра сферической головки, а ширина паза, сопряженного с этими отверстиями, выполнена меньше диаметра цилиндра сферической головки.