СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ В ДЛИННОМЕРНУЮ СБОРКУ МОДУЛЕЙ-СЕКЦИЙ СНАРЯЖЕННОГО КОРПУСНОГО КУМУЛЯТИВНОГО ПЕРФОРАТОРА И ПЕРЕДАЧИ ДЕТОНАЦИИ ОТ МОДУЛЯ К МОДУЛЮ Российский патент 1998 года по МПК E21B43/116 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, конкретно - к технологии вторичного вскрытия продуктивных нефтегазоносных пластов методом корпусной перфорации.

Известна технология использования кумулятивных перфораторов для вскрытия скважин [1].

Использование корпусных перфораторов, спускаемых на кабеле и трубах, является эффективным средством вскрытия нефтегазоносных пластов перфорацией в различных геолого-технических условиях в горизонтальных и наклонно-направленных скважинах.

Известно также использование в качестве кумулятивных перфораторов серийно выпускаемых перфораторов ПНКТ1-89, ПНКТ1-73, ПКТ-105 [2].

Сборку перфораторов, спускаемых в скважину на насоснокомпрессорных трубах (НКТ), производят из отдельных секций-корпусов, снаряженных кумулятивными зарядами и соединяемых между собой проходными переходниками с устройствами передачи детонации. В качестве варианта передачи детонации в отверстия корпуса пропускают отрезок детонирующего шнура, который соединяет детонационные линии-разводки двух соединенных между собой корпусов перфораторов. Задействование таких перфораторов осуществляют с использованием ударно-напольного механизма или с помощью адиабатического взрывателя. Такие перфораторы обладают высокой степенью жесткости, и их деформация происходит только за счет действия упругодинамических напряжений в материале стальных корпусов. Перфораторы имеют проходные отверстия по всей длине сборки. В этих перфораторах герметизируют только узел установки устройства задействования. В хвостовой части длинномерной сборки на конце последнего корпуса устанавливается герметизирующая заглушка-хвостовик.

Указанные перфораторы, спускаемые в скважину на НКТ, серийно используемые для вскрытия наклонно-направленных и горизонтальных скважин, обладают рядом существенных недостатков.

В случае разгерметизации одного из переходников разгерметизируется вся сборка перфоратора; при спуске перфоратора в горизонтальную скважину на участках перехода ствола скважины с вертикальной траектории на горизонтальную в корпусе перфоратора создаются предельные напряжения, которые в момент отстрела приводят к полному или частичному разрушению корпуса.

В перфораторах корпусной конструкции ПРК-42, ПРК-54, ПРК-65, в которых устранены некоторые из приведенных недостатков, длинномерные перфораторные сборки состоят из отдельных секций, собранных с помощью крепежных элементов. Передача детонации от секции к секции осуществляется двумя непрерывными линиями детонирующего шнура. Способ использования данной конструкции перфоратора, способ соединения отдельных секций и передачи детонационной волны приняты за прототип [3].

Однако прототип имеет также ряд недостатков: сборка перфоратора имеет степень свободного перемещения только в одной плоскости; высокая фугасность, обеспечиваемая наличием двух линий детонирующего шнура; высокая трудоемкость работ по сборке и монтажу, в особенности при работе в суровых природно-климатических условиях Крайнего Севера.

Несмотря на целый ряд существенных конструктивных недостатков, перфораторы ПНКТ- и ПРК- являются в настоящее время единственными перфораторами, которые обеспечивают вскрытие наклонно-направленных и горизонтальных скважин при высоком удельном весе и вязкости бурового раствора и сложной конструкции и траектории ствола скважины.

Повышенной конструктивной надежностью по отношению к вышеуказанным перфораторам обладает модульный корпусной перфоратор, который выбран в качестве второго прототипа [4]. Данный перфоратор представляет собой секцию (трубу), снаряженную зарядным модулем полной заводской сборки. Соединение отдельных секций корпусом в длинномерный перфоратор, спускаемый в скважину на трубах или кабеле, осуществляется при помощи резьбовых муфт-втулок с отверстием, в которое вставляется цилиндрический переходник из легких пластичных композиционных материалов с вмонтированным по центру цилиндрическим линейным зарядом малого сечения. Именно посредством втулки и переходника, снаряженного ВВ, осуществляется передача детонации от модуля к модулю.

К недостаткам данной конструкции и способа передачи детонации от одного снаряженного корпуса к другому относится следующее:
- высокая металлоемкость конструкции и низкая производительность труда при сборке и монтаже перфоратора в полевых условиях;
- в случае прекращения передачи детонации между секциями весь снаряженный перфоратор приходит в негодность вследствие разгерметизации конструкции через ранее простреленные отверстия;
- сложность подборки секций и регулирования длины перфоратора в зависимости от мощности перфорируемого объекта;
- снижение механической прочности и вероятность разрушения сборки за счет сил предварительного напряжения, обусловленного высокой степенью жесткости конструкции при вскрытии наклонно-направленных и горизонтальных скважин в интервалах резкого изменения азимутальных и плосткостных углов траектории ствола скважины;
- технические и технологические неудобства при изготовлении и хранении различных по конструкции и назначению комплектующих элементов, снаряженных ВВ и используемых при монтаже перфоратора.

Целью изобретения является разработка высокоэффективного способа соединения модульных (каркасных) корпусных перфораторов, обеспечивающего исключение недостатков названных выше способов и конструкций длинносборных корпусных перфораторов.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе соединения в длинномерную сборку модулей-секций снаряженного корпусного кумулятивного перфоратора и передачи детонации от модуля к модулю, включающем сочленение модулей с помощью верхних и нижних соединительных элементов, монтаж детонационной линии, спуск сборки в зону перфорации скважины и включение детонационной линии для подрыва кумулятивных зарядов, верхний и нижний соединительные элементы выполняют в виде подвижного байонетного шарового узла с верхним элементом в форме цилиндра, имеющего внутреннюю сферическую полость с установленным в ее верхней части узлом передачи детонации в виде таблеточного заряда ВВ, закрытого металлической пластиной, и нижним элементом в форме цилиндрического стержня с утонченной шейкой и сферической головкой под внутреннюю сферическую полость с установленным в торцевой части головки узлом приема детонации в виде таблеточного заряда ВВ, закрытого металлической пластиной, при этом узлы передачи и приема детонации образуют между собой зазор с возможностью передачи через него детонационной волны путем метания ударно-взрывной волной сжатия металлической пластины с узла передачи детонации на металлическую пластину узла приема детонации и возбуждения в последнем реакции взрыва от действия импульсно-ударной нагрузки; кумулятивные заряды в корпусе перфоратора герметизируют от гидробарического воздействия окружающей среды верхним и нижним соединительными элементами, выполняющими функции крышек-заглушек; толщину стенок соединительных элементов подвижного байонетного шарового узла, а также ударно-прочностные характеристики металлов выбирают из расчета превышения более чем в два раза предела прочности конструкции на разрушение над возникающими напряжениями в конструкции от действия ударно-динамической нагрузки, развивающейся при взрыве всей массы ВВ, размещенной в соединительных элементах; линейные заряды ВВ, проходящие по оси соединительных элементов, устанавливают в цилиндрические трубки из вязкого мягкого металла; соединение модулей-секций снаряженного перфоратора осуществляют путем установки нижнего соединительного элемента сферической головкой в цилиндрический паз верхнего соединительного элемента, профрезерованный под углом 90^o к продольной оси корпуса перфоратора, и проворота нижнего соединительного элемента на 90^o по продольному пазу верхнего соединительного элемента, ширина которого равна или на 2-4 мм превышает диаметр утонченной шейки нижнего соединительного элемента; байонетный шаровой узел выполняют с возможностью взаимной подвижности соединительных элементов, а следовательно, и модулей-секций перфоратора, в плоскости, перпендикулярной к оси скважины в пространственном угле до 100^o, а в других плоскостях - в пространстве сферического сектора с углом 4-10^o к продольной оси скважины.

Применение подвижного байонетного шарового узла в качестве узла соединения модулей-секций значительно снижает трудоемкость сборочных и монтажных работ, исключает вопрос подборки секций и позволяет легко регулировать длину сборки перфоратора. Данные узлы успешно используются в серийных перфораторах ПМИ-49, ими также могут комплектоваться корпуса перфораторов ПКО-73 (-89), ПНКТ-1-73(-89) и зарядные модули ЗПКМО-73(-89). Использование модулей-секций полной заводской сборки исключает технические и технологические неудобства, связанные с изготовлением и хранением необходимых комплектующих, снаряженных ВВ и используемых при монтаже перфоратора. Немаловажным является полное исключение влияния субъективного человеческого фактора на качество работ по перфорации при использовании перфоратора полной заводской сборки. Готовая сборка перфоратора имеет взаимную подвижность во всех плоскостях, что позволяет увеличивать глубину погружения в скважину, не создавая предельных напряжений на участках перехода ствола скважины с вертикальной траектории на горизонтальную. Наличие одной линии детонирующего шнура снижает фугасность, обеспечивая безопасность. При срабатывании перфоратора узел приема-передачи детонации не повреждается. Размещение линейных зарядов ВВ в цилиндрических трубках из вязкого мягкого металла обеспечивает сохранность линейных зарядов при раздутии вследствие подрыва. В случае разгерметизации одного из модулей-секций данный способ соединения гарантирует работоспособность и надежность всей остальной сборки благодаря оригинальному использованию элементов подвижного байонетногог

Использование: в нефтяной и газовой промышленности, конкретно - в технологии вторичного вскрытия продуктивных нефтегазоносных пластов методом корпусной перфорации. Обеспечивает повышение надежности соединения модулей секций корпусных перфораторов. Сущность изобретения: в качестве узла соединения модулей-секций перфоратора используют подвижный байонетный шаровой узел. Его соединительные элементы снабжены узлами передачи и приема детонации. Они закрыты металлическими пластинами. Передача детонационной волны через зазор между узлами передачи и приема детонации осуществляют путем метания ударно-взрывной волной сжатия металлической пластины с узла передачи детонации на металлическую пластину узла приема детонации. От действия импульсно-ударной нагрузки в узле приема детонации возбуждают реакцию взрыва. 5 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ соединения в длинномерную сборку модулей-секций снаряженного корпусного кумулятивного перфоратора и передачи детонации от модуля к модулю, включающий сочленение модулей с помощью верхних и нижних соединительных элементов, монтаж детонационной линии, спуск сборки в зону перфорации скважины и включение детонационной линии для подрыва кумулятивных зарядов, отличающийся тем, что верхний и нижний соединительные элементы выполняют в виде подвижного байонетного шарового узла с верхним элементом в форме цилиндра, имеющего внутреннюю сферическую полость с установленным в ее верхней части узлом передачи детонации в виде теблеточного заряда ВВ, закрытого металлической пластиной, и нижним элементом в форме цилиндрического стержня с утонченной шейкой и сферической головкой под внутреннюю сферическую полость с установленным в торцевой части головки узлом приема детонации в виде таблеточного заряда ВВ, закрытого металлической пластиной, при этом узлы передачи и приема детонации образуют между собой зазор с возможностью передачи через него детонационной волны путем метания ударно-взрывной волной сжатия металлической пластины с узла передачи детонации на металлическую пластину узла приема детонации и возбуждения в последнем реакции взрыва от действия импульсно-ударной нагрузки. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кумулятивные заряды в корпусе перфоратора герметизируют от гидробарического воздействия окружающей среды верхним и нижним соединительными элементами, выполняющими функции крышек-заглушек. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщину стенок соединительных элементов подвижного байонетного шарового узла, а также ударно-прочностные характеристики металлов выбирают из расчета превышения более чем в два раза предела прочности конструкции на разрушение над возникающими напряжениями в конструкции от действия ударно-динамической нагрузки, развивающейся при взрыве всей массы ВВ, размещенной в соединительных элементах. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что линейные заряды ВВ, проходящие по оси соединительных элементов, устанавливают в цилиндрические трубки из вязкого мягкого металла. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что соединение модулей-секций снаряженного перфоратора осуществляют путем установки нижнего соединительного элемента сферической головкой в цилиндрический паз верхнего соединительного элемента, профрезерованный под углом 90^o к продольной оси корпуса перфоратора, и проворота нижнего соединительного элемента на 90^o по продольному пазу верхнего соединительного элемента, ширина которого равна или на 2 - 4 мм превышает диаметр утонченной шейки нижнего соединительного элемента. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что байонетный шаровой узел выполняют с возможностью взаимной подвижности соединительных элементов, а следовательно, и модулей-секций перфоратора в плоскости, перпендикулярной оси скважины в пространственном угле до 100^o, а в других плоскостях - в пространстве сферического сектора с углом 4 - 10^o к продольной оси скважины.