КОРПУСНЫЙ КУМУЛЯТИВНЫЙ ПЕРФОРАТОР МНОГОКРАТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Российский патент 2001 года по МПК E21B43/117 

Изобретение относится к прострелочно-взрывной аппаратуре, применяемой в горной промышленности, а более конкретно к кумулятивным перфораторам, и предназначено для вторичного вскрытия продуктивных пластов нефтяных и газовых скважин.

Известны кумулятивные перфораторы, в которых заряды и огневая цепь крепятся с помощью внутреннего каркаса (см. "Справочник по прострелочно-взрывной аппаратуре" под ред. Фридляндера Л.Я., М, "Недра", 1990 г., стр. 52, 64). Каркасом может служить металлическая лента, труба, профиль, проволока, зарядный модуль. Данные перфораторы обладают рядом недостатков: с таким креплением зарядов их невозможно использовать в перфораторах многоразового использования, т.к. сложно обеспечить совпадение осей симметрии зарядов с боковыми окнами корпуса перфоратора, а при несоосном расположении кумулятивные струи попадают в корпус перфоратора и нарушают его герметичность при дальнейшем использовании.

Известны также кумулятивные перфораторы, в которых заряды крепятся с помощью резьбовых соединений (см. патент США N 4885993 под названием "Кумулятивный заряд с раздвоенным выступом для детонирующего шнура" F 42 B 1/02). В данном техническом решении отверстия в корпусе перфоратора выполняются в виде ступенчатой расточки и на буртике отверстия и на шейке пробки заряда нарезается резьба. Данный перфоратор обладает рядом недостатков:
- одноразовость резьбового соединения, т.е. одноразовое использование перфоратора;
- необходимость дополнительной механической доработки крепежных элементов;
- высокая металлоемкость конструкции и ее сложность.

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является корпусный кумулятивный перфоратор многократного использования (см. патент РФ N 1593330 м.кл. E 21 В 43/117). Данный кумулятивный перфоратор содержит корпус с боковыми отверстиями, в каждом из которых установлена пробка, элементы герметизации, кумулятивные заряды в металлических оболочках, зафиксированные напротив отверстий посредством пробки и центрирующей втулки, детонирующий шнур, соединяющий кумулятивные заряды со средством инициирования. Однако данное техническое решение обладает рядом недостатков:
- невысокая надежность крепления зарядов к корпусу перфоратора обусловлена слабой фиксацией деталей кумулятивного заряда по оси, возможностью нарушения соосности деталей при заряжании перфоратора, транспортировании заряженного перфоратора и спуске его в скважину, т.к. осевая нагрузка осуществляется под действием гидростатического давления;
- высокая фугасность ввиду удаленности центрирующей втулки и выступа центрирующей втулки от корпуса перфоратора, при срабатывании заряда его детали разгоняются под действием продуктов взрыва и ударяют по корпусу, снижают его живучесть и преждевременно разрушают, кроме того, пробка под действием продуктов взрыва может расклиниваться, что приводит к деформации отверстий корпуса перфоратора;
- низкая эффективность работы перфоратора обусловлена возникновением отказов и неполного срабатывания зарядов ввиду невысокой надежности крепления зарядов к корпусу перфоратора, что может привести к повреждению детонирующего шнура в области крепления его к заряду, кроме того при отстреле перфоратора в скважине из него вылетают не только детали герметизации (металлические пробки и эластичные уплотнения), но могут вылетать и пробки, или заклинивать в отверстиях корпуса перфоратора, что приводит к засорению скважины и может привести к заклиниванию перфоратора в скважине.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эксплуатационных возможностей и эффективности работы перфоратора многократного использования за счет увеличения надежности крепления зарядов в соосном положении относительно боковых отверстий корпуса перфоратора и увеличения ресурса корпуса перфоратора.

Технический результат выражается в том, что удалось снизить ударное воздействие центрирующей втулки и пробки на корпус перфоратора и боковые отверстия корпуса перфоратора за счет обеспечения контакта пробки и внутренней поверхности корпуса перфоратора в месте расположения отверстия корпуса перфоратора и повысить надежность крепления зарядов (надежность крепления зарядов и эффективность работы перфоратора не зависят от условий эксплуатации).

Сущность изобретения заключается в том, что корпусный кумулятивный перфоратор многократного использования, содержащий корпус с боковыми цилиндрическими отверстиями, в каждом из которых установлена пробка, элементы герметизации, выполненные в виде дисков, кумулятивные заряды в металлических оболочках, каждый из которых зафиксирован напротив отверстия посредством пробки и центрирующей втулки, и детонирующий шнур, соединяющий кумулятивные заряды со средством инициирования, согласно изобретению, в нем каждая пробка выполнена в виде двух полых цилиндров разного размера, соединенных друг с другом, причем наружный диаметр меньшего цилиндра, установленного в отверстие корпуса, соответствует диаметру отверстия, больший цилиндр и центрирующая втулка соединены с помощью резьбы, выполненной соответственно на наружной поверхности цилиндра и в отверстии втулки, при этом торец втулки опирается на торец металлической оболочки, а торец большего цилиндра опирается на внутреннюю поверхность корпуса перфоратора.

Наличие признаков, отличающих заявляемое изобретение от прототипа, позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "новизна".

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-3.

На фиг. 1 показан корпусной перфоратор, поперечный разрез.

На фиг. 2 показано загерметизированное отверстие корпуса перфоратора до отстрела перфоратора в скважине.

На фиг. 3 показано разгерметизированное отверстие корпуса перфоратора после отстрела перфоратора в скважине.

Корпусный кумулятивный перфоратор многократного использования (см. фиг. 1) содержит корпус 1 с цилиндрическими отверстиями 2, каждое из которых загерметизировано элементами герметизации - металлическим опорным диском 3 и эластичным уплотнением 4, кумулятивные заряды 5 в металлических оболочках 6, каждый из которых зафиксирован напротив отверстия 2 посредством пробки 7 и центрирующей втулки 8. Торец втулки 8 опирается на торец металлической оболочки 6, а торец большего цилиндра 10 опирается на внутреннюю поверхность корпуса перфоратора 1, детонирующий шнур 9, посредством которого соединяются между собой кумулятивные заряды 5 и средство инициирования (не показано). Каждая центрирующая втулка 8 выполнена с отверстием со стороны пробки 7 и соединяется с ней посредством резьбового соединения, выполненного соответственно на наружной поверхности цилиндра 10 и в отверстии втулки 8. Пробка 7 выполнена в виде двух полых цилиндров 10 и 11, соединенных друг с другом, причем наружный диаметр большего цилиндра 10 соответствует диаметру отверстия центрирующей втулки 8, а меньший цилиндр 11 установлен в отверстие 2 корпуса 1 перфоратора. Внутренняя поверхность большего цилиндра 10 сопряжена с внутренней поверхностью центрирующей втулки 8.

Отверстие 2 корпуса 1 перфоратора выполнено в виде ступенчатой расточки, в которой располагаются элементы герметизации - металлический опорный диск 3 и эластичное уплотнение 4 (см. фиг. 2).

Перед снаряжением корпуса 1 перфоратора кумулятивными зарядами 5 пробка 7 устанавливается внутри кумулятивного заряда 5 посредством резьбового соединения с центрирующей втулкой 8 (см. фиг. 2). Для установки кумулятивного заряда 5 в корпус 1 перфоратора пробка 7 вывинчивается из кумулятивного заряда 6 и опирается на внутреннюю поверхность корпуса 1 перфоратора.

Работает корпусный кумулятивный перфоратор многократного использования следующим образом. После установки перфоратора в скважине на заданной глубине (в заданном интервале перфорации) производят задействование устройства инициирования (на фиг. не показано) и подрывается детонирующий шнур 9, от которого срабатывают кумулятивные заряды 5. Образующиеся при взрыве кумулятивные струи пробивают отверстия (см. фиг. 3) в элементах герметизации (металлический опорный диск 3 и эластичное уплотнение 4) и образуют в скважине перфорационные каналы. Образующиеся продукты взрыва кумулятивного заряда 5, попадая внутрь центрирующей втулки 8 в зону формирования кумулятивной струи, обеспечивают боковой разлет продуктов взрыва, приводящий к деформации центрирующей втулки 8 и ее развороту в сторону корпуса 1 перфоратора (см. фиг. 3). За счет малой базы разгона скорость участков центрирующей втулки 8, ударяющих по корпусу 1, мала, что не приводит к заметной деформации корпуса 1 и его боковых цилиндрических отверстий 2. Кроме того, сферическая часть пробки 7, сопрягающая меньший и больший цилиндры 11 и 10, опирается на корпус 1 (см. фиг. 3), что удерживает пробку 7 в корпусе 1 и ликвидирует возможность заклинивания перфоратора в скважине.

Проведены испытания опытных образцов перфораторов типа ПК-105ДУ, у которых геометрические параметры корпуса соответствовали штатному варианту, диаметр бокового отверстия составлял 16 мм (см. "Справочник по прострелочно-взрывной аппаратуре", под ред. Фридляндера, М, "Недра", 1990 г.), а заряды обладали следующими параметрами: диаметр описанной окружности заряда составлял 64 мм; диаметр заряда 52 мм; масса взрывчатого вещества шашки заряда 23 г; оболочка выполнена из стали, толщина стенки у основания облицовки составляла 5 мм; на оболочку с помощью резьбового соединения устанавливалась центрирующая втулка, выполненная из стали, толщина стенки втулки у основания 2 мм, высота резьбового соединения 10 мм, шаг резьбы 1 мм, высота центрирующей втулки 16 мм, диаметр отверстия втулки 30 мм; на центрирующую втулку устанавливалась пробка, диаметр и высота большего цилиндра которой составляли 30 и 13 мм соответственно, а диаметр и высота меньшего 16 и 5 мм соответственно. На торце пробки была сделана специальная проточка для установки крепежного приспособления (отвертка).

Результаты испытаний в полевых скважинных условиях подтвердили простоту и безопасность сборки перфоратора, удобство обращения с ним и показали высокую механическую прочность перфоратора после отстрела. Штатный корпус перфоратора ПК-105 ДУ обычно выдерживает 20 выстрелов ("Справочник по прострелочно-взрывной аппаратуре", под ред. Фридляндера, М, "Недра", 1990 г.), в то время как перфоратор, выполненный по данному техническому решению, обладает живучестью корпуса - 40 выстрелов.

Измерения избыточного давления в скважине в интервале перфорации для перфоратора ПК-105ДУ штатной сборки и согласно изобретению показали, что в случае штатной сборки в скважине создается давление 50...60 МПа на высоте одного метра от верхнего кумулятивного заряда, в случае использования перфоратора согласно заявляемому решению давление не превышают 6 МПа на высоте одного метра от верхнего кумулятивного заряда. Перфоратор, выполненный согласно заявляемому изобретению, обладает существенно меньшим фугасным воздействием на обсадную колонну, чем штатные корпусные перфораторы типа ПК-105, ПКО-89Е.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет значительно повысить эксплуатационные возможности и эффективность корпусных перфораторов многократного использования, обеспечить надежное крепление кумулятивного заряда в корпусе перфоратора, гарантирующее соосность отверстия и заряда, надежную сохранность боковых отверстий корпуса и повысить ресурс корпуса, а также снизить фугасное воздействие перфоратора на скважину.

Использование: в горной промышленности в пострелочно-взрывной аппаратуре для вторичного вскрытия продуктивных пластов нефтяных и газовых скважин. Обеспечивает повышение эксплуатационных возможностей и эффективности перфоратора многократного использования. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с боковыми цилиндрическими отверстиями, в которых посредством пробки и центрирующей втулки зафиксированы кумулятивные заряды в металлических оболочках. Каждая пробка выполнена в виде двух полых цилиндров разного диаметра, соединенных друг с другом. Они имеют сферическую сопрягающую часть, опирающуюся на внутреннюю поверхность. Наружный диаметр меньшего цилиндра установлен в отверстии корпуса и соответствует диаметру отверстия. Больший цилиндр и центрирующая втулка соединены с помощью резьбы, выполненной соответственно на наружной поверхности цилиндра и в отверстии втулки. Торец центрирующей втулки опирается на торец металлической оболочки. 3 ил.

Корпусный кумулятивный перфоратор многократного использования, содержащий корпус с боковыми цилиндрическими отверстиями, в каждом из которых установлена пробка, элементы герметизации, выполненные в виде диска, кумулятивные заряды в металлических оболочках, каждый из которых зафиксирован напротив отверстия посредством пробки и центрирующей втулки, и детонирующий шнур, соединяющий кумулятивные заряды со средством инициирования, отличающийся тем, что каждая пробка выполнена в виде двух полых цилиндров разного размера, соединенных друг с другом и имеющих сферическую сопрягающую часть, опирающуюся на внутреннюю поверхность корпуса, наружный диаметр меньшего цилиндра, установленного в отверстие корпуса, соответствует диаметру отверстия, больший цилиндр и центрирующая втулка соединены с помощью резьбы, выполненной соответственно на наружной поверхности цилиндра и в отверстии втулки, при этом торец центрирующей втулки опирается на торец металлической оболочки.