ПРОСТРЕЛОЧНО-ВЗРЫВНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК E21B29/02 E21B43/117 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке прострелочно-взрывной аппаратуры, например устройств, предназначенных для вырезания участков труб в скважинах.

Известно взрывное режущее устройство [1] , содержащее цилиндрический корпус, в котором расположены ряд взрывных шашек из взрывчатых веществ (ВВ) и система их инициирования. Эта система включает три детонатора, установленных вдоль оси устройства и соединенных между собой детонационными шнурами. Два из трех детонаторов установлены у противоположных концов корпуса, а третий - на торцевой поверхности одной из шашек.

Недостатком этого устройства являются малая эффективность и низкая надежность в работе.

Известно устройство для резки труб [2], содержащее два дисковых кумулятивных заряда (КЗ) с системой инициирования, расположенной на оси устройства, и дисковый заряд фугасного действия, размещенный между кумулятивными зарядами симметрично относительно оси устройства. Воздействие кумулятивных струй, а затем продуктов взрыва фугасного заряда приводит к полному разрушению стенок трубы с выбросом металла вне ее.

Это устройство может использоваться для обрыва труб при их замене, но не позволяет производить вырезку протяженных участков в обсадной трубе при вскрытии продуктивных нефтяных пластов с целью перехода от вертикального ствола к наклонному или горизонтальному участку ствола скважины.

Известно наиболее близкое по технической сущности к заявляемому изобретению прострелочно-взрывное устройство для перфорирования скважин [3], содержащее корпус, в котором вдоль его оси ярусами разнесены кумулятивные заряды, контактирующие с системой передачи детонации - аксиально расположенным детонирующим шнуром.

Недостатком прототипа является низкая эффективность в связи с неполным разрушением стенок трубы скважины на протяженном участке.

Задача изобретения является уменьшение трудозатрат и времени при вырезании протяженных участков трубы в скважине.

Техническим результатом заявляемого решения является повышение эффективности работы устройства при вырезании протяженного участка обсадной трубы скважины.

Технический результат достигается тем, что в прострелочно-взрывном устройстве, включающем корпус, в котором вдоль его оси ярусами разнесены кумулятивные заряды, контактирующие с системой передачи детонации, кумулятивные заряды расположены по винтовым линиям, количество которых равно количеству КЗ в каждом ярусе. При этом между кумулятивными зарядами в каждом ярусе установлены вставки из взрывчатого вещества, связанные детонационно с КЗ, причем заряды и вставки ВВ расположены равномерно по окружности в каждом ярусе.

Расположение кумулятивных зарядов равномерно по окружности в каждом ярусе обеспечивает равномерное по длине окружности воздействие остронаправленных кумулятивных струй на стенки обсадной трубы скважины, пробивая в ней отверстия.

Расположение кумулятивных зарядов по винтовым линиям вдоль оси устройства в совокупности с равномерным расположением КЗ в каждом ярусе необходимо для пробития отверстий в обсадной трубе в "точках", равномерно расположенных по длине трубы и длине ее окружности, создания на пробитых отверстий "шахматной" сети концентраторов напряжений и ослабления тем самым прочности обсадной трубы.

Вставки из взрывчатого вещества, установленные между КЗ в каждом ярусе, необходимы для фугасного воздействия продуктов взрыва на стенки трубы, и оказания при этом мощного давления в центральной части каждой ячейки сетки, образованной из пробитых КЗ отверстий. Тем самым повышается эффективность работы устройства. После разбития трубы на мелкие фрагменты последние ссыпаются вниз скважины. Таким образом достигается положительный эффект.

В зависимости от прочности материала обсадной трубы и толщины ее стенок в предлагаемом устройстве для увеличения воздействия на внутреннюю поверхность обсадной трубы между кумулятивными зарядами соседних ярусов устанавливаются заряды фугасного действия, выполненные в виде колец, детонационно связанные с КЗ соседних ярусов.

Для упрощения сборки устройства в процессе его эксплуатации кумулятивные заряды могут устанавливаться в модули из инертного материала, представляющие собой, например, удлиненные цилиндры или призмы, основанием которых являются правильные многоугольники.

Кроме того, для увеличения фугасного действия кумулятивных зарядов последние, содержащие взрывчатое вещество с кумулятивными облицовками, устанавливаются в модули, выполненные из инертного материала, например дерева. Это обеспечивает пробитие в обсадной трубе большей площади и уменьшает тем самым размеры каждой ячейки сетки, образованной из пробитых в трубе отверстий. Таким образом повышается эффективность работы устройства без увеличения массы взрывчатого вещества.

Кроме того, за счет объединения групп зарядов единым корпусом-модулем уменьшаются затраты на изготовление КЗ (поскольку не требуется изготавливать корпус для каждого кумулятивного заряда), упрощается технология сборки устройства.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого устройства; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - модуль зарядный, в котором между ярусами КЗ установлены кольцевые заряды фугасного действия; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.3.

Предлагаемое устройство (фиг.1 и 2 состоит из корпуса 1, представляющего собой удлиненный полый цилиндр с наружным диаметром 115 мм и толщиной 10 мм, выполненный из алюминиевого сплава типа Д16. Внутри корпуса 1 установлены вплотную друг к другу зарядные модули 2, выполненные в виде цилиндра из инертного материала, например дерева, длиной 317 мм и диаметром 92 мм.

В корпусе каждого модуля вдоль его оси ярусами с шагом 35 мм разнесены кумулятивные заряды 3, которые располагаются по пяти винтовым линиям (по числу кумулятивных зарядов в каждом ярусе) и контактируют с системой передачи детонации 4, проходящей по оси каждого модуля и представляющей собой установленные в центральном канале каждого модуля прутки ВВ диаметром 13 мм, соединенные с кумулятивными зарядами разводкой из взрывчатого вещества.

С торцов каждого модуля этот пруток ВВ облицован металлом, например алюминиевым сплавом, причем поверхность облицовки утоплена относительно торцевой поверхности зарядного модуля таким образом, чтобы между облицовкой и торцом модуля имелся гарантированный зазор, который необходим для разгона облицовки под действием продуктов взрыва системы передачи детонации.

Кумулятивные заряды 3 установлены в корпусе модуля в каждом ярусе равномерно по окружности (угол между осями соседних КЗ в ярусе равен 36^o). Между кумулятивными зарядами каждого яруса установлены вставки из взрывчатого вещества 5, выполненные в виде шашек диаметром 12 мм и высотой 9 мм. При этом вставки ВВ детонационно связаны с кумулятивными зарядами в ярусе. Каждый кумулятивный заряд 3 с массой ВВ 31 г имеет кумулятивную облицовку с углом раствора 70^o, выполненную, например, из меди и вклеенную в кумулятивную выемку ВВ. (Для увеличения фугасного действия КЗ выполнены без собственного корпуса и включают в себя взрывчатое вещество и кумулятивные облицовки.) Габариты КЗ: диаметр - 34 мм, высота - 34 мм. Кумулятивные заряды и вставки ВВ устанавливаются в корпусе модуля с помощью клея.

Для обеспечения расположения КЗ 3 по винтовым линиям на всей длине корпуса 1 в корпусе каждого зарядного модуля с одной его опорной торцовой поверхности имеются центрирующие элементы, например штифты, с противоположной стороны выполнены соответствующие отверстия под установку центрирующих штифтов последующих модуля.

На концах корпуса устройства 1 устанавливаются на резьбе; с одной стороны - кабельная головка 6, которая служит для соединения с грузонесущим геофизическим кабелем и размещения в ней инициатора 8, с другой стороны - наконечник 7. Для герметизации стыков в канавках кабельной головки и наконечника устанавливаются резиновые кольца 9.

Кумулятивные заряды 3 предназначены для воздействия продуктов взрыва и формируемых при схлопывании кумулятивных облицовок высокоскоростных струй на стенки обсадной трубы и пробития в ней отверстия.

Равномерное расположение КЗ в каждом ярусе необходимо для равномерного по окружности пробития отверстий в трубе, а расположение их по винтовым линиям обеспечивает равномерное пробитие отверстий в обсадной трубе по ее длине в "шахматном порядке" и повышение при этом количества пробиваемых отверстий на единицу длины устройства. Тем самым повышается эффективность его работы.

Вставки из ВВ 5, располагаемые между КЗ в каждом ярусе и детонационно с ними связанные, необходимы для создания давления на стенки трубы в центральных частях ячеек сеток, образованных пробитыми отверстиями.

Система передачи детонации предназначена для передачи детонации к кумулятивным зарядам последовательно от яруса к ярусу.

Ее расположение по оси устройства и каждого зарядного модуля необходимо для одновременной передачи детонации кумулятивным зарядам, расположенным равномерно по окружности в каждом ярусе.

Использование кольцевых зарядов 3 (фиг.3 и 4), расположенных в модулях между соседними ярусами КЗ, предназначено для увеличения площади воздействия продуктов взрыва кольцевых зарядов 10 на стенки обсадной трубы, облегчая ее разбитие на мелкие фрагменты.

Расположение кольцевых зарядов 3 по оси устройства необходимо для равномерного воздействия продуктов их взрыва на стенки обсадной трубы.

Работает устройство следующим образом. От внешнего импульса (см. фиг.1 и 2) срабатывает инициатор 8, который инициирует детонацию в системе передачи детонации 4. Детонация проходит по модулю последовательно по ярусам, инициируя кумулятивные заряды 3 и от них - вставки ВВ 5. Под действием продуктов взрыва металлическая облицовка прутка ВВ системы передачи детонации разгоняется в зазоре между модулями до скорости, достаточной для того, чтобы вызвать детонацию в последующем модуле. Приему детонации и дальнейшей передаче ее способствует уширение центральных каналов в модулях.

Аналогичным образом через систему передачи детонации детонация передается от модуля к модулю, вызывая последовательное по ярусам срабатывание кумулятивных зарядов 3 и вставок ВВ 5.

При взрыве кумулятивных зарядов 3 металлические конические обцовки КЗ схлопываются и формируют высокоскоростные струи, которые совместно с продуктами взрыва ВВ КЗ оказывают высокое давление на преграду (корпус устройства 1 и обсадную трубу), приводящее к пробитию отверстий в обсадной трубе, созданию из пробитых отверстий своеобразной сетки и ослаблению при этом прочности трубы.

При дальнейшем взрыве вставок ВВ 5 продукты их взрыва, воздействуют на на центральные части ячеек такой сетки, разбивают обсадную трубу на мелкие фрагменты, которые осыпаются вниз скважины.

Использование: в нефтегазодобывающей промышленности, в частности при вторичном вскрытии. Обеспечивает повышение эффективности работы устройства при вырезании протяженного участка трубы скважины. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, вдоль его оси ярусами разнесены кумулятивные заряды, которые контактируют с системой передачи детонации. Эта система расположена по оси устройства. Кумулятивные заряды расположены по винтовым линиям, их количество равно количеству кумулятивных зарядов в каждом ярусе. Между кумулятивными зарядами в каждом ярусе установлены детонационно связанные с ними вставки из взрывчатого вещества. Кумулятивные заряды и вставки из взрывчатого вещества расположены равномерно по окружности в каждом ярусе. Кроме того, по оси устройства между ярусами установлены кольцевые заряды. Они детонационно связаны с кумулятивными зарядами соседних ярусов. Также кумулятивные заряды установлены в модулях из инертного материала. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Прострелочно-взрывное устройство, содержащее корпус, в котором вдоль его оси ярусами разнесены кумулятивные заряды, контактирующие с системой передачи детонации, расположенной по оси устройства, отличающееся тем, что кумулятивные заряды расположены по винтовым линиям, количество которых равно количеству кумулятивных зарядов в каждом ярусе, а между кумулятивными зарядами в каждом ярусе установлены детонационно связанные с ними вставки из взрывчатого вещества, при этом кумулятивные заряды и вставки из взрывчатого вещества расположены равномерно по окружности в каждом ярусе. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по оси устройства между ярусами установлены кольцевые заряды, детонационно связанные с кумулятивными зарядами соседних ярусов. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что кумулятивные заряды установлены в модулях из инертного материала.