УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРЫВА ТРУБ Российский патент 1998 года по МПК E21B29/02 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для обрыва труб при аварии и необходимости их извлечения из скважины.

Известна шашечная торпеда для обрыва труб (см. А.Ф.Шакиров. Каротаж, испытание, перфорация и торпедирование скважин. М.: "Недра", 1987, с. 164, рис. 77), содержащая цилиндрический корпус с помещенными в нем шашками заряда взрывчатого вещества (ВВ) и взрыв-патроном. Это устройство применяют для обрыва бурильных труб с толщиной стенок до 9 ... 12 мм, но для обрыва утяжеленных бурильных труб (с толщиной стенок 30...60 мм) его применение малоэффективно.

Известен кумулятивный труборез для обрыва обсадных и насосно-компрессорных труб (см. А.Ф.Шариков. Каротаж, испытание, перфорация и торпедирование скважин. М.: "Недра", 1987, с. 164, рис. 78), содержащий корпус с размещенным в нем кольцевым кумулятивным зарядом (КЗ) и системой его инициирования - взрывпатроном. Недостатком этого устройства является его низкая эффективность в связи с невозможностью резки толстостенных утяжеленных бурильных труб.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для перерезания труб и подготовки пласта к гидроразрыву (см. а. с. N 1629469 E 21 B 29/02, 43/117, опубликовано в Бюллетене N 7, 1991, стр. 88), содержащее соединенный с кабельной головкой корпус, в котором вдоль его оси по высоте установлены в поперечных плоскостях основной и по крайней мере один дополнительный пробойники. Пробойники выполнены в виде равномерно расположенных по окружности корпуса проникателей - линейных кумулятивных зарядов взрывчатого вещества с облицованной клиновой кумулятивной выемкой. Кумулятивные заряды соединены с системой передачи детонации. Проникатели дополнительных пробойников наклонены кумулятивными выемками в сторону проникателей основного пробойника с возможностью пересечения поперечных плоскостей симметрии линейных кумулятивных зарядов основного и дополнительных пробойников. Проникатели соседних пробойников смещены по азимуту относительно друг друга.

Недостатком прототипа является низкая эффективность с связи с неполным разрезанием толстостенных утяжеленных бурильных труб средних и малых диаметров, поскольку с уменьшением диаметров труб уменьшается количество располагаемых в корпусе линейных зарядов и их пробивная способность (из-за невозможности сохранения требуемого фокусного расстояния до преграды - корпуса).

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является уменьшение трудозатрат и времени при обрыве толстостенных утяжеленных бурильных труб.

Техническим результатом заявляемого решения является повышение эффективности работы устройства при обрыве толстостенных утяжеленных бурильных труб среднего и малого диаметров и извлечение их из скважин.

Это достигается тем, что в устройстве, содержащем соединенный с кабельной головкой корпус, в котором вдоль его оси по высоте установлены в поперечных плоскостях основной и по крайней мере один дополнительный пробойники в виде расположенных равномерно по окружности проникателей, смещенных по азимуту друг относительно друга в соседних пробойниках и соединенных с системой передачи детонации, а проникатели каждого дополнительного пробойника наклонены кумулятивными выемками в сторону проникателей основного пробойника с возможностью пересечения поперечных плоскостей симметрии основных и дополнительных проникателей, пробойники выполнены в виде дисков взрывчатого вещества с облицованными радиальными конусными кумулятивными выемками, между пробойниками установлены вставки из инертного материала, при этом последний пробойник детонационно связан через вставку с зарядом ВВ фугасного действия, расположенным в корпусе со стороны, противоположной кабельной головке.

Выполнение пробойников в виде дисков ВВ с облицованными радиальными кумулятивными выемками-проникателями позволяет расположить необходимое количество проникателей с требуемым фокусным расстоянием, обеспечивающим максимальную пробивную способность.

Выполнение проникателей в виде конусных облицованных кумулятивных выемок обеспечивает наибольшую пробивную способность за счет всестороннего обжатия при взрыве взрывчатого вещества.

Выполнение проникателей в виде конусных облицованных кумулятивных выемок, располагаемых на требуемом расстоянии до преграды, обеспечивает получение максимальной длины кумулятивной струи, пробиваемой в утяжеленной бурильной трубе каждым проникателем.

Расположение между пробойниками и зарядом ВВ фугасного действия вставок из инертного материала необходимо для исключения воздействия продуктов взрыва ВВ каждого пробойника друг на друга и на заряд ВВ фугасного действия.

Кроме того, наличие вставки между зарядом ВВ фугасного действия и последним пробойником необходимо для обеспечения требуемого расстояния между ними.

Расположение в корпусе устройства заряда ВВ фугасного действия со стороны, противоположной кабельной головке, и детонационно связанного через вставку с последним пробойником, необходимо для воздействия продуктов взрыва заряда ВВ на бурильную трубу после срабатывания последнего пробойника.

Пробиваемые при срабатывании проникателей отверстия в бурильной трубе ослабляют ее, снижая прочностные характеристики, а последующее воздействие продуктов взрыва заряда ВВ фугасного действия приводит к разрушению стенок трубы и ее обрыву в месте пробитых пробойником отверстий. Таким образом повышается эффективность работы устройства и достигается положительный эффект.

В зависимости от прочности материала бурильной трубы и толщины ее стенок в предлагаемом устройстве для увеличения площади реза основной пробойник может быть выполнен в виде кольцевого кумулятивного заряда, который делает сплошной кольцевой рез. При этом проникатели дополнительных пробойников пробивают в трубе отверстия выше этого реза.

Для уменьшения влияния ударных волн между пробойниками во вставках выполняются канавки.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого устройства; на фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1, где 1 - корпус; 2 - кабельная головка; 3 - инициатор; 4 - основной пробойник или кольцевой кумулятивный заряд; 5 - дополнительный пробойник; 6 - проникатель; 7, 8 - вставка; 9 - система передачи детонации; 10 - заряд ВВ; 11 - наконечник; 12 - кольцо резиновое; 13 - кольцевая канавка.

Предлагаемое устройство (см. фиг. 1) состоит из корпуса 1, представляющего собой удлиненный полый цилиндр с наружным диаметром 80 мм и толщиной стенок 5 мм, выполненный из стали З0ХГСА. На концах корпуса 1 устанавливаются на резьбе с одной стороны - кабельная головка 2, которая служит для соединения с грузонесущим геофизическим кабелем и размещения в ней инициатора 3, с другой стороны - наконечник 11. Для герметизации стыков в канавках кабельной головки и наконечника устанавливаются резиновые кольца 12.

Внутри корпуса 1 вдоль его оси по высоте размещены в поперечных плоскостях основной 4 и два дополнительных 5 пробойника в виде дисков ВВ с облицованными радиальными конусными кумулятивными выемками - проникателями 6. Каждая облицовка выполняется из, например, меди, толщиной 0,6 мм и вклеивается в кумулятивную выемку. Каждая кумулятивная выемка имеет угол раствора 70^o. Пробойники 4 и 5 связаны с узлом инициирования 3 посредством системы передачи детонации 9 - прутком ВВ диаметром 8 мм, проходящим по оси устройства. Проникатели 6 основного 4 и дополнительного пробойников 5 расположены равномерно по окружности. Количество проникателей в каждом пробойнике 6. При этом проникатели смещены по азимуту друг относительно друга в соседних пробойниках на угол 20^o, а проникатели дополнительных пробойников наклонены кумулятивными выемками в сторону проникателей основного пробойника (на угол 60^o) с возможностью пересечения их поперечных плоскостей симметрии. Между пробойниками установлены вставки из стали Ст3. Последний пробойник 5 детонационно связан через вставку 8 (толщиной 25 мм) с фугасным зарядом 10, выполненным в виде шашки ВВ диаметром 69 мм и длиной 120 мм. Фокусное расстояние (расстояние от основания конусной облицовки до корпуса 1) основных проникателей 10 мм, дополнительных - 13 мм. Диаметр основания проникателей выполняется одинаковым и равен 25 мм.

Пробойники - диски ВВ 4 и 5 с облицованными кумулятивными выемками - проникателями 6 предназначены для воздействия продуктов взрыва и формируемых при схлопывании кумулятивных облицовок высокоскоростных струй на стенки толстостенной утяжеленной бурильной трубы, пробивая в ней отверстия.

Смещение по азимуту друг относительно друга проникателей в соседних пробойниках необходимо для равномерного по окружности пробития отверстий в трубе при пересечении поперечных плоскостей симметрии основных и дополнительных проникателей.

Заряд ВВ фугасного действия необходим для создания разрушающего давления на стенки трубы после срабатывания последнего пробойника.

Вставка 10 между последним пробойником и фугасным зарядом необходима для исключения воздействия ударных волн на фугасный заряд и выбора оптимального расстояния между зарядом ВВ фугасного действия и сечением А-А (см. фиг. 2), по которому происходит обрыв бурильной трубы.

Система передачи детонации предназначена для передачи детонации последовательно от первого к последнему пробойнику и далее к заряду ВВ фугасного действия.

Ее расположение по оси устройства и каждого пробойника необходимо для одновременной передачи детонации проникателям, расположенным в каждом пробойнике равномерно по окружности.

Выполнение основного пробойника в виде кольцевого кумулятивного заряда необходимо для получения сплошной по диаметру трубы линии реза, позволяющей увеличить объем вырезаемого участка трубы, тем самым облегчая обрыв бурильной трубы.

Выполнение кольцевых канавок во вставках между пробойниками необходимо для уменьшения влияния ударных волн на проникатели и увеличения таким образом длины кумулятивных струй при схлопывании облицовок проникателей.

Работает устройство следующим образом. От внешнего импульса (см. фиг. 1) срабатывает инициатор 3, который инициирует детонацию в системе передачи детонации 8. При этом детонация проходит последовательно от пробойника к пробойнику (инициируя проникатели 6) и далее к заряду ВВ фугасного действия 10.

При взрыве ВВ пробойников металлические конические облицовки проникателей схлопываются и формируют высокоскоростные струи, которые оказывая высокое давление на преграду (корпус устройства 1 и утяжеленную бурильную трубу), пробивают равномерно по окружности отверстия в бурильной трубе, ослабляя при этом ее прочность. Последующее воздействие продуктов взрыва заряда ВВ фугасного действия приводит к обрыву трубы в ослабленном пробитыми проникателями отверстиями сечении.

Устройство для обрыва труб относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к прострелочно-взрывной аппаратуре для ликвидации аварий и вторичного вскрытия. Устройство содержит соединенный с кабельной головкой корпус, в котором вдоль его оси по высоте установлены в поперечных плоскостях основной и по крайней мере один дополнительный пробойники. Они выполнены в виде расположенных равномерно по окружности проникателей, смещенных по азимуту друг относительно друга в соседних пробойниках. Пробойники соединены с системой передачи детонации. Проникатели каждого дополнительного пробойника наклонены кумулятивными выемками в сторону проникателей основного пробойника с возможностью пересечения поперечных плоскостей симметрии основных и дополнительных проникателей. Пробойники выполнены в виде дисков взрывчатого вещества с облицованными радиальными конусными кумулятивными выемками. Между пробойниками установлены вставки из инертного материала. Последний пробойник детонационно связан через вставку с зарядом взрывчатого вещества фугасного действия, расположенным в корпусе со стороны, противоположной кабельной головке. Основной пробойник может быть выполнен в виде кольцевого кумулятивного заряда. Во вставках между пробойниками выполнены кольцевые канавки. Использование изобретения повышает эффективность работы устройства при обрыве толстостенных утяжеленных бурильных труб среднего и малого диаметра. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для обрыва труб, содержащее соединенный с кабельной головкой корпус, в котором вдоль его оси по высоте установлены в поперечных плоскостях основной и по крайней мере один дополнительный пробойники в виде расположенных равномерно по окружности проникателей, смещенных по азимуту друг относительно друга в соседних пробойниках и соединенных с системой передачи детонации, причем проникатели каждого дополнительного пробойника наклонены кумулятивными выемками в сторону проникателей основного пробойника с возможностью пересечения поперечных плоскостей симметрии основных и дополнительных проникателей, отличающееся тем, что пробойники выполнены в виде дисков взрывчатого вещества с облицованными радиальными конусными кумулятивными выемками, между пробойниками установлены вставки из инертного материала, при этом последний пробойник детонационно связан через вставку с дополнительно введенным зарядом взрывчатого вещества фугасного действия, расположенным в корпусе со стороны, противоположной кабельной головке. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что основной пробойник выполнен в виде кольцевого кумулятивного заряда. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что во вставках между пробойниками выполнены кольцевые канавки.