Кумулятивный перфоратор Российский патент 2004 года по МПК E21B43/117 

Предлагаемый кумулятивный перфоратор относится к технике прострелочно-взрывных работ в скважинах и может быть использован для вторичного вскрытия прискважинной зоны пласта.

Известны кумулятивные перфораторы как корпусные, так и бескорпусные, в которых используются различные типы и конструкции каркасов и обойм для установки на них кумулятивных зарядов.

Устройство [2] использует для установки зарядов плоские металлические ленты, в отверстия которых установлены кумулятивные заряды. Фазировка обеспечивается поворотом каждого последующего участка ленты относительно предыдущего на некоторый угол.

В устройствах [1, 3] кумулятивные заряды установлены на лентах зигзагообразной и спиральной формы, изменяя геометрические характеристики которых можно получить тот или иной габарит перфоратора, угол фазировки и плотность перфорации. В [1] и [3] также описаны перфораторы, использующие для каждого заряда индивидуальную литую обойму, которую можно поворачивать на некоторый фиксированный угол относительно соседней обоймы, а также уголковый профиль, обеспечивающий угол фазировки в 90 и 270 градусов.

Трубный металлический прокат для установки кумулятивных зарядов использован в [5], [6], [8], [9], [10] и [11], а в [12] - прокат в форме желоба.

В перфораторе [7] заряды устанавливаются в отверстия коротких металлических пластинок, соединяемых болтами таким образом, чтобы сохранить некоторый люфт для обеспечения гибкости сборки.

Все упомянутые конструкции реализуют в той или иной мере задачу обеспечения вскрытия пласта в скважине с заданной фазировкой и допустимой плотностью перфорации. Недостатком существующих конструкций является то, что они обеспечивают возможность варьирования фазировкой лишь ступенчато, например 0, 30, 60, 90 градусов, установка же любого фазового угла, например 10, 25, 36 градусов и т.п., невозможна без серьезного изменения конструкции. Кроме того, существующие конструкции рассчитаны на пробитие канала в продуктивном пласте только под углом 90 градусов к стенке скважины, что снижает эффективность вскрытия при определенных геологических условиях (например, при перфорации сложных тонкопереслаивающихся пластов).

В конструкции перфоратора [5] каждый заряд размещен в литой металлической обойме; обоймы соединяются в гирлянды необходимой длины при помощи шплинтов. При этом фазовая ориентация соседних зарядов может осуществляться в широком диапазоне при помощи соответствующих концевых пазов и гребней. К тому же перфораторный каркас из соединенных отдельных обойм позволяет собрать гирлянду перфоратора любой длины, кратной расстоянию между соседними зарядами, и обеспечивает равномерную плотность расположенных зарядов в отличие от ленточных и трубных каркасов.

Вместе с тем, изменение величины угла фазировки может осуществляться тоже только ступенчато, кумулятивные струи могут пробивать каналы в пласте только под углом 90 градусов к стенке скважины. Кроме того, в данной конструкции никак не предусмотрено снижение известного эффекта взаимного влияния взрывов соседних кумулятивных зарядов друг на друга, которое особенно заметно при максимальной плотности перфорации (и соответственно минимальном расстоянии между зарядами) и приводит к резкому снижению глубины пробития кумулятивных зарядов.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является конструкция, известная из источника [13]. Эта конструкция представляет собой кумулятивный перфоратор, содержащий кумулятивные заряды, средства взрывания, обоймы, имеющие П-образный профиль с отверстием в средней части для крепления заряда, концевые параллельные полки, выполненные под углом 90 градусов к оси перфоратора.

Основным недостатком такого перфоратора является пробивная способность относительно габарита перфоратора, поскольку каркас в виде стальной штанги не позволяет полностью использовать поперечное сечение перфоратора для размещения зарядов больших габаритов.

Настоящее изобретение - кумулятивный перфоратор, конструкция которого позволяет производить установку любого угла фазировки, обеспечить возможность пробивания перфорационных каналов под углом к стенке скважины и значительно снизить эффект взаимного влияния взрывов соседних кумулятивных зарядов.

Эта цель достигается тем, что в кумулятивном перфораторе, содержащем кумулятивные заряды, средства взрывания, обоймы, имеющие П-образный профиль с отверстием в средней части для крепления заряда, концевые параллельные полки, выполненные под углом 90 градусов к оси перфоратора, обойма выполнена из экранизирующего защитного металла с отверстием в каждой концевой полке для соединения обойм между собой с помощью болтов в каркас необходимой длины с возможностью установки зарядов в каждой обойме, максимально используя поперечное сечение перфоратора. Обойма выполнена из металла, при этом концевые полки (ширина полки F=(0,5...0,8)D, где D - диаметр заряда, длина полки L=(1,3...1,7)F) обеспечивают экранизацию и защиту от взаимного влияния при взрыве двух соседних зарядов, что дает возможность их расположения на минимальном расстоянии друг от друга.

Отверстия в средней части обоймы могут быть выполнены также под углом в пределах 45...70 градусов к оси каркаса с возможностью установки заряда наклонно к оси перфоратора.

Устройство изобретения показано на фигурах 1-4.

На фиг.1 изображен кумулятивный перфоратор с углом фазировки зарядов 0 градусов;

На фиг. 2 изображен кумулятивный перфоратор с углом фазировки зарядов 180 градусов;

На фиг. 3 изображен вид А фиг.2, отображающий размеры концевых полок обоймы;

На фиг. 4 изображен кумулятивный перфоратор с углом фазировки зарядов 45…75 градусов;

Кумулятивные заряды 1 закреплены в отверстиях обойм 2. Обоймы соединены между собой при помощи болтов 3 и гаек 4. Так как ось вращения обоймы совпадает с продольной осью перфоратора, можно плавно установить любой угол фазировки от 0 (фиг.1) до 180 градусов (фиг.2), не нарушая габаритов устройства. Материал и размеры концевых полок обойм 2 подобраны таким образом, чтобы обеспечить максимальное экранирование для снижения взаимного влияния кумулятивных зарядов при их взрыве. Заряды 1 могут располагаться как перпендикулярно к продольной оси перфоратора (фиг. 1 и фиг. 2), так и под углом 45...75 градусов к ней (фиг. 4). Гирлянда обойм с зарядами, снаряженными детонирующим шнуром 5 и средством инициирования 6, спускается в скважину на кабеле 7.

Кумулятивный перфоратор работает следующим образом. После установки в скважине на заданной глубине приводится в действие средство инициирования 6, которое передает детонацию на детонирующий шнур, от которого срабатывают кумулятивные заряды. Кумулятивные заряды, срабатывая, пробивают обсадную трубу, цемент и пласт, образуя в последнем перфорационный канал.

Источники информации

1. Патент США № 5662178 от 02.09.1997.

2. Патент США № 4694754 от 22.09.1987.

3. Патент США № 5638901 от 17.06.1997.

4. Патент США № 5241891 от 07.09.1993.

5. Патент США № 4951744 от 28.08.1990.

6. Патент США № 5323684 от 28.04.1994.

7. Патент США № 3865199 от 11.02.1975.

8. Патент США № 5775426 от 07.07.1998.

9. Патент США № 5785130 от 28.07.1998.

10. Патент США № 5797464 от 25.08.1998.

11. Патент США №5829538 от 03.11.1998.

12. Патент США №5542480 от 06.08.1996.

13. Прострелочная, взрывная аппаратура и оборудование, Раменское отделение ВНИИГеофизики, Москва, Недра, 1976, плакат № 12, Зак. 6408/П-2327.

Изобретение относится к технике прострелочно-взрывных работ в скважинах и может быть использовано для вторичного вскрытия прискважинной зоны пласта. Обеспечивает возможность пробивания перфорационных каналов под углом к стенке скважины и снижения эффекта взаимного влияния взрывов соседних кумулятивных зарядов. Сущность изобретения: устройство содержит кумулятивные заряды, средства взрывания, обоймы, имеющие П-образный профиль с отверстием в средней части для крепления заряда, и концевые параллельные полки, выполненные под углом 90 градусов к оси перфоратора. Обойма выполнена из экранизирующего защитного металла с отверстием в каждой концевой полке для соединения обойм между собой с помощью болтов в каркас необходимой длины с возможностью установки зарядов в каждой обойме. Концевые полки выполнены в соотношении F=(0,5...0,8)D и L=(1,3...1,7)F, где L и F - длина и ширина концевых полок, а D - диаметр заряда. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Кумулятивный перфоратор, содержащий кумулятивные заряды, средства взрывания, обоймы, имеющие П-образный профиль с отверстием в средней части для крепления заряда, концевые параллельные полки, выполненные под углом 90° к оси перфоратора, отличающийся тем, что обойма выполнена из экранизирующего защитного металла с отверстием в каждой концевой полке для соединения обойм между собой с помощью болтов в каркас необходимой длины с возможностью установки зарядов в каждой обойме, при этом концевые полки выполнены в соотношении

F=(0,5...0,8)D,

L=(1,3...1,7)F,

где F - ширина концевых полок;

D - диаметр заряда;

L – длина концевых полок.