КОРПУСНЫЙ СКВАЖИННЫЙ КУМУЛЯТИВНЫЙ ПЕРФОРАТОР Российский патент 2003 года по МПК E21B43/117 

Изобретение относится к горному делу, а более конкретно к корпусным скважинным кумулятивным перфораторам, и может быть использовано при добыче жидких и газообразных сред из буровых скважин, в частности при вторичных вскрытиях продуктивных пластов.

Известны кумулятивные перфораторы (см. Е.М. Вицени "Кумулятивные перфораторы, применяемые в нефтяных и газовых скважинах". М.: Недра, 1971 г.), являющиеся эффективным средством вскрытия продуктивных пластов и позволяющие проводить перфорационные работы в скважинах с различными геологическими и техническими условиями, с гидравлическим давлением до 150 МПа и температурой до +180^oС.

Известны промышленно освоенные перфораторы ПНКТ1-89 и ПНКТ1-73 (см. "Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам" под редакцией Н.Г. Григоряна, М. : Недра, 1980 г., стр.71-73), спускаемые в скважину на насосно-компрессорных трубах. Корпус перфоратора состоит из отдельных модулей, соединенных между собой переходником и устройством передачи детонации. В качестве варианта передачи детонации между модулями в отверстие корпуса переходника пропускают отрезок детонационного шнура, который соединяет детонационную линию модулей между собой.

Известны перфораторы корпусной конструкции ПРК-42, ПРК-54, ПРК-65 (Фридляндер Л.Я. Прострелочно-взрывная аппаратура, Справочник. - М.: Недра, 1971, с.77-79), в которых длинномерные перфораторные сборки состоят из отдельных секций, собранных с помощью крепежных элементов. Передача детонации от секции к секции осуществляется двумя непрерывными линиями детонационного шнура.

Недостатком вышеперечисленных перфораторов является то, что при прекращении передачи детонации между секциями вследствие разгерметизации конструкции через ранее простреленные отверстия возможен выход из строя всего снаряженного перфоратора.

Известен модульный корпусный перфоратор, описанный в патенте РФ 183561, кл. Е 21 В 43/116, 1969 г. и представляющий собой трубу-секцию, снаряженную зарядным модулем полной заводской сборки. Соединение отдельных секций корпусом в длинномерный перфоратор, спускаемый в скважину на насосно-компрессорных трубах или кабеле, осуществляется при помощи резьбовых втулок с отверстиями, в которые вставляются цилиндрические переходники из легких композиционных материалов с вмонтированными по центру цилиндрическими линейными зарядами малого сечения. Посредством втулки и переходника, снаряженного взрывчатыми составами, осуществляется передача детонации от модуля к модулю.

Известен кумулятивный перфоратор, описанный в патенте US 4850438 А от 25.07.1989 г., детонационная цепь между модулями которого включает последовательно шашку-передатчик детонации, стабильную пробку-преграду, шашку-приемник, соединенную со второй шашкой-передатчиком отрезком детонационного шнура и вторую шашку-приемник, установленную в начале детонационной цепи следующего модуля.

Данный перфоратор ( 183561, кл. Е 21 В 43/116, 1969 г.) наиболее близок к заявляемому объекту и выбран в качестве прототипа.

К недостаткам прототипа относится то, что при срабатывании детонационной цепи возможно заклинивание перфораторов в обсадной колонне в случае разгерметизации секций перфоратора, попадания жидкости в межтрубное пространство и вследствие гидровзрывного воздействия на стенки труб секций.

Задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции перфоратора с устройством передачи детонации, обеспечивающей герметичную изоляцию друг от друга секций-модулей корпусного кумулятивного перфоратора и исключающей возможность его заклинивания в обсадной колонне и выход из строя всего снаряженного перфоратора в условиях баротермического воздействия (150 МПа и +180^oС).

Кроме того, в случае разгерметизации какой-либо секции перфоратора процесс передачи детонации прекращается, сохраняя в целостности для дальнейшего использования несработавшие секции длинномерного перфоратора.

Поставленная задача решается за счет того, что в корпусном скважинном кумулятивном перфораторе, содержащем корпус в виде ряда секций-модулей, кумулятивные заряды, связанные между собой детонационной цепью в виде детонационного шнура, переходников, соединяющих секции между собой и устройства передачи детонации от модуля к модулю, детонационная цепь между модулями, согласно техническому решению, включает последовательно шашку-передатчик детонации, стальную пробку-преграду, ввернутую в верхнюю часть центрального отверстия переходника, шашку-приемник, соединенную со второй шашкой-передатчиком отрезком термостойкого детонационного шнура, и вторую шашку-приемник, устанавливаемую в начале детонационной цепи следующего модуля, причем шашки-приемники установлены с зазорами, обеспечивающими гарантированное срабатывание всего перфоратора в рабочих условиях и гарантироованный отказ - при ращгерметизации системы, а именно: первая - не более 10 мм от поверхности стальной пробки-преграды, вторая 12-25 мм от торца второй шашки-передатчика.

С целью надежной передачи детонации от шашки-передатчика шашке-приемнику через стальную пробку-преграду путем ее пробития шашка-передатчик выполнена с кумулятивной выемкой, облицованной металлической фольгой, а обе шашки-приемники помещены верхним торцом в металлические колпачки, в которые предварительно запрессован порошок термостойкого бризантного взрывчатого вещества на основе нитропроизводных гетероциклических аминов с целью улучшения восприимчивости к детонации.

Шашка-передатчик устанавливается перед стальной пробкой-преградой с зазором, обеспечивающим фокусировку кумулятивной струи на поверхность пробки-преграды.

Указанные зазоры ограничены тем, что зазор после стальной пробки-преграды более 10 мм приводит к прерыванию процесса передачи детонации.

Пределы воздушного зазора между второй шашкой-передатчиком и шашкой-приемником ограничены тем, что при воздушном зазоре более 25 мм процесс передачи детонации прекращается, а при величине воздушного зазора менее 12 мм и заполнении его водой передача детонации не прерывается (см. таблицу).

Корпусный скважинный кумулятивный перфоратор с межмодульным устройством передачи детонации содержит шашку-передатчик 1 (см. чертеж), изготовленную из термостойкого бризантного взрывчатого состава с кумулятивной выемкой, облицованной металлической фольгой 2. Шашка-передатчик 1 помещена в стальную втулку 3, закрепленную в конце первого модуля перфоратора 4. К гладкому торцу шашки-передатчика 1 подведен термостойкий детонационный шнур 5, пропущенный через отверстие металлической втулки 3. Прилегание детонационного шнура 5 к торцу шашки-передатчика 1 обеспечено конструктивно.

В верхнюю резьбовую часть стального переходника 6 ввернуто устройство передачи детонации межмодульное, состоящее из стальной пробки-преграды 7, герметично разделяющей модули друг от друга. Устройство передачи детонации содержит стальную втулку 8 с вклеенной в нее шашкой-приемником 9, помещенной в металлический колпачок 10, в который предварительно запрессована навеска порошка термостойкого бризантного взрывчатого вещества для улучшения восприимчивости к детонации. Зазор А между шашкой-передатчиком 9 и стальной пробкой-преградой 7, равный 4 мм, обеспечен конструктивно. Стальная втулка 8 с шашкой-приемником 9 ввернута в трубку из композиционного материала 11. В центральное отверстие трубки вставлен отрезок термостойкого детонационного шнура 5 для того, чтобы обеспечить передачу детонации от шашки-приемника 9 ко второй шашке-передатчику 12, помещенной в металлический колпачок 13 без порошкового взрывчатого вещества и вставленной в аналогичную стальную втулку 14, которая ввернута в резьбовое отверстие другого конца трубки.

Вторая шашка-приемник 15 изготовлена также из термостойкого бризантного взрывчатого состава без кумулятивной выемки и помещена в металлический колпачок 16 с предварительной запрессовкой навески порошка термостойкого бризантного взрывчатого вещества, вклеена в стальную втулку 17 и соединена с термостойким детонационным шнуром 5 в начале второго модуля перфоратора 18 аналогично соединению детонационного шнура с шашкой-передатчиком 1 в конце первого модуля перфоратора. Зазор В между вторыми шашкой-передатчиком 12 и шашкой-приемником 15 установлен в пределах 12...25 мм.

Заявляемый кумулятивный скважинный перфоратор работает следующим образом. После установки перфоратора в скважине производят задействование устройства инициирования детонации первого модуля методом механического удара. Инициируется термостойкий детонационный шнур 5 первого модуля 4, от которого детонация передается кумулятивным зарядам 19 перфоратора и далее к первой шашке-передатчику 1 с кумулятивной выемкой. Срабатывая, шашка-передатчик 1 пробивает стальную пробку-преграду 7 и инициирует детонацию в шашке-приемнике 9, которая передает детонацию через отрезок детонационного шнура второй шашке-передатчику 12 и далее второй шашке-приемнику 15, инициируя детонацию в начале детонационной цепи второго модуля 18. Далее процесс передачи детонации повторяется циклически, переходя от модуля к модулю.

Для подтверждения работоспособности предлагаемой конструкции перфоратора были проведены испытания сборки, содержащей устройство передачи детонации и шашки: передатчик и приемник, устанавливаемые в конце и в начале каждого модуля соответственно.

Подрыв шашки-передатчика осуществляли электродетонатором через термостойкий детонационный шнур. Результатом работы всей цепи являлся след на пластине-отметчице (пластина-отметчица из Д16 с размерами 30•70•1 мм), оставляемый сработавшим термостойким детонационным шнуром в конце детонационной цепи. Подрывы осуществляли, меняя величину зазоров после стальной пробки-преграды и между вторыми передающей и приемной шашками (воздушный зазор или зазор, заполненный водой, имитирующей разгерметизацию системы (см. таблицу).

Заявляемый кумулятивный скважинный перфоратор отличается от известного новыми функциональными признаками, изложенными в отличительной части предполагаемого изобретения и обеспечивающими
- герметичную изоляцию модулей друг от друга при сохранении устойчивой работоспособности перфоратора в условиях баротермического воздействия (150 МПа и +180^oС);
- прекращение процесса передачи детонации при разгерметизации системы;
- возможность многократного использования корпуса переходника перфоратора.

Вышеперечисленные признаки позволяют считать предложенное устройство соответствующим критерию "новизна".

Конструкция предлагаемого скважинного кумулятивного перфоратора может быть изготовлена на стандартном оборудовании и не требует переучивания персонала.

Изобретение относится к корпусным скважинным кумулятивным перфораторам и может быть использовано при добыче жидких и газообразных сред из буровых скважин, в частности при вторичном вскрытии продуктивных пластов. Обеспечивает работоспособность в условиях баротермического воздействия (150 МПа и +180^oС) в рабочих условиях и прекращение передачи детонации при разгерметизации системы. Сущность: устройство содержит корпус в виде ряда секций-модулей, кумулятивные заряды, переходники. Кумулятивные заряды соединены между собой детонационной цепью в виде детонационного шнура. Переходники соединяют секции между собой и устройства передачи детонации от модуля к модулю. Детонационная цепь между модулями включает последовательно шашку-передатчик детонации, стальную пробку-преграду, шашку-приемник. Стальная пробка-преграда ввернута в верхнюю часть центрального отверстия переходника. Шашка-приемник соединена со второй шашкой-передатчиком отрезком термостойкого детонационного шнура. Вторая шашка-приемник установлена в начале детонационной цепи следующего модуля. Шашки-приемники установлены с зазорами, обеспечивающими гарантированное срабатывание всего перфоратора в рабочих условиях и гарантированный отказ при разгерметизации системы, а именно: первая - не более 10 мм от поверхности стальной пробки-преграды, вторая - 12-25 мм от торца второй шашки-передатчика. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Корпусный скважинный кумулятивный перфоратор, содержащий корпус в виде ряда секций-модулей, кумулятивные заряды, соединенные между собой детонационной цепью в виде детонационного шнура, переходники, соединяющие секции между собой и устройства передачи детонации от модуля к модулю, отличающийся тем, что детонационная цепь между модулями включает последовательно шашку-передатчик детонации, стальную пробку-преграду, ввернутую в верхнюю часть центрального отверстия переходника, шашку-приемник, соединенную со второй шашкой-передатчиком отрезком термостойкого детонационного шнура и вторую шашку-приемник, установленную в начале детонационной цепи следующего модуля, причем шашки-приемники установлены с зазорами, обеспечивающими гарантированное срабатывание всего перфоратора в рабочих условиях и гарантированный отказ при разгерметизации системы, а именно: первая - не более 10 мм от поверхности стальной пробки-преграды, вторая - 12-25 мм от торца второй шашки-передатчика. 2. Перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что первая шашка-передатчик детонации выполнена с кумулятивной выемкой, облицованной металлической фольгой, и установлена перед стальной пробкой-преградой с зазором, величина которого определена конфигурацией кумулятивной выемки с условием фокусирования кумулятивной струи на поверхность стальной пробки-преграды. 3. Перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что обе шашки-приемника помещены в металические колпачки, в которые предварительно запрессована навеска порошка термостойкого бризантного взрывчатого вещества. 4. Перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что межмодульная детонационная цепь выполнена в виде законченных элементов, содержащих в себе стальную пробку-преграду, герметизирующую одну секцию перфоратора от другой, в которую ввернута сборка, состоящая из двух металлических втулок с шашкой-приемником и шашкой-передатчиком, собранных с трубками из композиционного материала и соединенные между собой отрезком термостойкого детонационного шнура встык с шашками, проходящего по центральному отверстию трубки, а каждый модуль перфоратора содержит в верхней части втулку с шашкой-приемником, а в нижней - втулку с шашкой-передатчиком с кумулятивной выемкой. 5. Перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что все взрывчатые компоненты изготовлены из термостойких бризантных взрывчатых составов.