УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРФОРАЦИИ И РАЗРЫВА ПЛАСТА НЕФТЕГАЗОВОЙ СКВАЖИНЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК E21B43/117 E21B43/263 

Изобретение относится к установке для добычи нефти, газа, воды, а также растворяемых или растворимых материалов или минералов из скважин, в частности к устройству для концентрации энергии и кумулятивной перфорации.

Известный уровень техники

В китайском патенте №97242235.8 на полезную модель под названием "Высокоэнергетическое комбинированное, обеспечивающее положительное дифференциальное давление в системе скважина-пласт высокой плотности, сдвоенное кумулятивное перфораторное устройство для нефтегазовых скважин" говорится об использовании цилиндрической пороховой гильзы, полученной методами порошковой металлургии, или гильзы твердого взрывчатого вещества, любая из которых имеет несколько зарядных гнезд, распределенных по ее разным участкам и разным фазам, и имеет отверстие под детонирующий шнур, используемое для вставления детонирующего шнура при установке заряда в соответствующем зарядном гнезде. Конструкцию пороховой гильзы, полученной методами порошковой металлургии, или гильзы твердого взрывчатого вещества трудно реализовать посредством конкретного технологического процесса, тем более что перед проведением скважинных работ по созданию нисходящей скважины на нефтяном месторождении требуется разрезать гильзу композиционного твердого взрывчатого вещества, что уменьшает эффективность сборки и увеличивает потенциальную угрозу безопасности.

В вышеупомянутом патенте раскрыто, что вентиляционное отверстие для сброса давления уплотнено круглой уплотнительной пластиной, которая покрыта уплотнительной крышкой, изготовленной из резины, и вставлена в вентиляционное отверстие для сброса давления, чтобы таким образом обеспечить уплотнение. Однако различные глубины нефтегазовой скважины и изменяющееся давление легко вызовут деформацию круглой уплотнительной пластины и потерю ею уплотнительной функции, вследствие чего текучая среда для глушения скважины может протечь в скважинный перфоратор, что может вызывать воспламенение детонирующего шнура, вследствие чего может произойти даже подрыв перфоратора.

Кроме того, в вышеупомянутом патенте описан позиционирующий механизм между зарядной обоймой и скважинным перфоратором, который может располагать зарядную обойму в скважинном перфораторе только в радиальном направлении и не может располагать эту зарядную обойму в осевом направлении, что не только наносит ущерб распространению детонации, но и создает ситуацию, в которой невозможно выровнять кумулятивные заряды с вентиляционным отверстием для сброса давления, вследствие чего струи, создаваемые посредством детонации кумулятивного заряда, могут отклоняться и наносить ущерб качеству перфорации, а также эффекту газового разрыва пласта.

Кроме того, внутренняя поверхность нижней детали перфоратора на нижнем конце перфораторного устройства является плоской поверхностью, а пространство внутри нижнего конца перфораторного устройства является очень малым, вследствие чего после подрыва кумулятивных зарядов, сопровождающегося сильным пламенем сгорания пороховой гильзы, полученной методами порошковой металлургии, или гильзы твердого взрывчатого вещества возможен аномальный рост локального давления, приводящий к внезапному подрыву взрывчатого вещества перфоратора.

Из вышеизложенного следует, что устройство, соответствующее упомянутому патенту, трудно реализовать посредством традиционного технологического процесса ввиду использования пороховой гильзы, полученной методами порошковой металлургии, или гильзы твердого взрывчатого вещества. Между тем, весьма трудно создать ситуацию, в которой операция по созданию нисходящей скважины удовлетворяла бы пластовым условиям, и достижение на практике эффекта перфорации и разрыва оказывается невозможным.

Данное изобретение посвящено разработке высокоэнергетического комбинированного нового перфораторного устройства для нефтегазовых скважин. Это устройство может эффективно увеличивать энергию разрыва и может быть изготовлено посредством простого процесса, вследствие чего оказывается пригодным для коммерческого производства.

Краткое изложение сущности изобретения

Первая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы разработать высокоэнергетическое комбинированное перфораторное устройство для нефтегазовых скважин, в котором были бы устранены недостатки известного из вышеупомянутого патента устройства и которое было бы простым в изготовлении при низких затратах. Кроме того, задачей изобретения является создание устройства, которое имело бы рациональную конструкцию, было бы удобно в сборке и безопасно при эксплуатировании.

Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы разработать высокоэнергетическое комбинированное перфораторное устройство для нефтегазовых скважин, которое имело бы энергетический материал внутри и снаружи корпуса, и которое позволило бы повысить энергию разрыва для значительного улучшения разрывного эффекта, обеспечиваемого перфорацией и разрывом.

Для решения вышеупомянутых задач предложено устройство, для перфорации и разрыва пласта нефтегазовой скважины, содержащее односекционный или многосекционный скважинный перфоратор, крышку, расположенную на верхнем конце крайней верхней секции скважинного перфоратора, дно, расположенное на нижнем конце крайней нижней секции скважинного перфоратора, и воспламеняющее устройство, расположенное внутри или снаружи указанной крышки, характеризующееся тем, что в корпусе скважинного перфоратора установлена зарядная обойма, в зарядной обойме размещено множество одиночных перфораторов, каждый из которых соединен с детонирующим шнуром и содержит зарядное гнездо, расположенное радиально в подрывной шашке, зарядный патрон, находящийся в зарядном гнезде, перфораторный заряд, находящийся в зарядном патроне, и взрывчатое вещество, находящееся в подрывной шашке, при этом позиционирующий шнур закреплен на позиционирующем зажиме.

На нижнем конце верхней секции многосекционного скважинного перфоратора имеется нижний соединитель со встроенным промежуточным детонатором, соединенным с детонирующим шнуром, а на верхнем конце соседней нижней секции имеется верхний соединитель со встроенным промежуточным детонатором, соединенным с детонирующим шнуром, при этом верхняя и нижняя секции соединены посредством верхнего и нижнего соединителей.

Взрывчатое вещество сформировано из гранулированного или отвержденного материала в форме цилиндра с расположенным вдоль оси отверстием, а детонирующий шнур расположен в этом отверстии и соединен с концами кумулятивных перфораторных зарядов.

На боковой поверхности подрывной шашки выполнен спиральный паз, а детонирующий шнур намотан на боковую поверхность подрывной шашки вдоль спирального паза и соединен с основанием кумулятивного перфораторного заряда.

Детонирующий шнур расположен в корпусе скважинного перфоратора снаружи зарядной обоймы и соединен с основанием перфораторного заряда.

На корпусе скважинного перфоратора вдоль его оси выполнены радиальные углубления и дренажные отверстия для сброса давления, закрытые уплотнительной крышкой и расположенные напротив радиальных углублений, причем радиальные углубления и дренажные отверстия для сброса давления, находящиеся на разных по оси участках корпуса, расположены в разных фазах и в чередующемся порядке в одном и том же направлении спирали.

В зарядной обойме выполнены зарядные гнезда, расположенные попарно симметрично в радиальном направлении, причем два соседних зарядных гнезда, находящиеся на разных по оси участках зарядной обоймы, расположены в разных фазах и в чередующемся порядке и находятся в однозначном соответствии с углублениями или дренажными отверстиями для сброса давления, при этом на боковых сторонах обоих концов зарядной обоймы выполнены позиционирующие отверстия.

В корпусе скважинного перфоратора выполнены два дренажных отверстия для сброса давления, расположенные одно напротив другого в радиальном направлении.

В каждом из дренажных отверстий для сброса давления установлены куполообразная уплотнительная крышка.

Куполообразная уплотнительная крышка образована куполообразной стальной пластиной, на наружной поверхности которой закреплена резиновая прокладка с углом конусности от 15 до 45 градусов.

Куполообразная уплотнительная крышка образована круглой стальной пластиной, по окружности наружной поверхности которой выполнена фаска под углом от 30 до 60 градусов, при этом наружная поверхность круглой стальной пластины скреплена с резиновой прокладкой, имеющей угол конусности от 15 до 45 градусов.

Между верхним и нижним концами зарядной обоймы и корпусом скважинного перфоратора установлен позиционирующий механизм для ограничения поворота и осевого перемещения зарядной обоймы относительно корпуса скважинного перфоратора, содержащий установленные с двух концов корпуса скважинного перфоратора позиционирующие кольца, каждое из которых неподвижно неподвижно соединено с зарядной обоймой посредством соединительного элемента, позиционирующей шпонки и ограничительной резьбовой крышки, установленной снаружи позиционирующего кольца, при этом один конец позиционирующей шпонки закреплен на позиционирующем кольце, а другой установлен в позиционирующем пазу корпуса скважинного перфоратора.

Позиционирующее кольцо выполнено с позиционирующим отверстием, ориентированным радиально на боковой стенке позиционирующего кольца, в позиционирующее отверстие вставлен соединительный элемент, на конце зарядной обоймы находится позиционирующее отверстие зарядной обоймы, при этом в торцевой поверхности позиционирующего кольца выполнен позиционирующий паз для размещения позиционирующей шпонки.

В зарядной обойме выполнены в радиальном направлении концевые отверстия и окна под одиночный перфоратор, причем каждое окно под одиночный перфоратор имеет форму прямоугольника, центр которого лежит на осевой линии соответствующего концевого отверстия, расположенного на том же участке зарядной обоймы, при этом соседние концевые отверстия и окно под одиночный перфоратор других участков и других фаз расположены в чередующемся порядке в соответствии с одним и тем же направлением спирали, расположение концевых отверстий других участков и других фаз находится в однозначном соответствии с расположением дренажных отверстий для сброса давления, а расположение окон под одиночные перфораторы находится в однозначном соответствии с расположением углублений в корпусе скважинного перфоратора, при этом с двух сторон в осевом направлении от окон под одиночные перфораторы выполнены блокировочные пазы, а на каждой боковой стенке с обоих концов зарядной обоймы выполнены позиционирующие отверстия для заряда.

Каждый из одиночных перфораторов установлен в окне под одиночный перфоратор и содержит зарядное гнездо переменного диаметра, расположенное в осевой средней части подрывной шашки, два блокировочных листа, проходящие в радиальном направлении, причем каждый из них закреплен на конце наружной поверхности подрывной шашки и выполнен с возможностью блокировки подрывной шашки в окне под одиночный перфоратор, паз под детонирующий шнур, выполненный на внешней цилиндрической поверхности подрывной шашки, кумулятивный перфораторный заряд, установленный в зарядном гнезде подрывной шашки, при этом в полости подрывной шашки размещено взрывчатое вещество, а детонирующий шнур расположен в пазу под детонирующий шнур и соединен с находящимся у дна скважинного перфоратора концом кумулятивного перфораторного заряда.

В дне перфоратора выполнен паз для сброса давления.

Корпус скважинного перфоратора длиной 1 метр имеет от 5 до 20 одиночных перфораторов в зарядной обойме.

Согласно второму варианту устройство содержит односекционный или многосекционный скважинный перфоратор, крышку, расположенную на верхнем конце крайней верхней секции скважинного перфоратора, дно, расположенное на нижнем конце крайней нижней секции скважинного перфоратора, и воспламеняющее устройство, расположенное внутри или снаружи указанной крышки, характеризующееся тем, что в корпусе скважинного перфоратора установлена зарядная обойма, в зарядной обойме размещено множество одиночных перфораторов, каждый из которых соединен с детонирующим шнуром, а между верхним и нижним концами зарядной обоймы и корпусом скважинного перфоратора установлен позиционирующий механизм, при этом в дне скважинного перфоратора выполнен паз для сброса давления.

Согласно третьему варианту устройство содержит односекционный или многосекционный скважинный перфоратор, крышку, расположенную на верхнем конце крайней верхней секции скважинного перфоратора, дно, расположенное на нижнем конце крайней нижней секции скважинного перфоратора, и воспламеняющее устройство, расположенное внутри или снаружи указанной крышки, характеризующееся тем, что в корпусе скважинного перфоратора установлена зарядная обойма, в которой расположены снабженные зарядом подрывные шашки, между соседними подрывными шашками размещено твердое взрывчатое вещество, а с каждым зарядом соединен детонирующий шнур, при этом между верхним и нижним концами зарядной обоймы и корпусом перфоратора установлен позиционирующий механизм.

По сравнению с устройством, раскрытым в китайском патенте №97242235.8 на полезную модель, в настоящем изобретении пороховая гильза, полученная методами порошковой металлургии, или гильза твердого взрывчатого вещества заменена одиночным перфоратором, состоящим из подрывной шашки, в которой содержится взрывчатое вещество. Одиночный перфоратор может быть изготовлен посредством простого способа и пригоден для коммерческого производства, а также удобен при сборке во время использования, вследствие чего решается вопрос с затруднениями, которые могли бы возникнуть при изготовлении пороховой гильзы, полученной методами порошковой металлургии, или гильзы твердого взрывчатого вещества, а также устраняется проблема необходимости разрезать твердое взрывчатое вещество, что позволит избежать снижения эффективности сборки и увеличения потенциальной угрозы безопасности.

Для дополнительного увеличения общего количества загружаемого взрывчатого вещества в настоящем изобретении подрывная шашка используется для содержания взрывчатого вещества и, также предложена гильза для взрывчатого вещества снаружи перфораторного устройства, что может способствовать существенному увеличению загружаемого взрывчатого вещества и заметно улучшить эффект газового разрыва.

В настоящем изобретении круглая стальная пластина для закрытия вентиляционного отверстия для сброса давления заменена куполообразной стальной пластиной или круглой стальной пластиной с фаской. Куполообразная стальная пластина или круглая стальная пластина с фаской скреплена с резиновым уплотнительным материалом, что может увеличить сопротивление деформации и гарантировать надлежащее уплотнение для скважинного перфоратора, установленного внутри скважины.

Кроме того, в настоящем изобретении одно из двух дренажных отверстий для сброса давления заменено углублением, что позволило снизить требования к уплотнению без оказания влияния на область сброса давления корпуса перфоратора.

В соответствии с настоящим изобретением позиционирующий механизм на каждом конце кумулятивной зарядной обоймы перемещает эту обойму в нужное положение в перфораторе в радиальном и осевом направлениях и гарантирует однозначное соответствие зарядов углублениям, а также дренажным отверстиям для сброса давления, что обеспечивает качество перфорации и эффект газового разрыва.

В соответствии с настоящим изобретением в центре внутренней поверхности дна перфоратора в скважинном перфораторе крайней снизу секции выполнен паз для сброса давления, который уменьшает локальное давление вблизи нижней детали скважинного перфоратора и гарантирует безопасность при эксплуатации перфораторного устройства.

Следовательно, настоящее изобретение обладает такими преимуществами, как рациональная конструкция, компактная структура, удобство реализации, простота сборки, безопасность и надежность, высокая эффективность увеличения энергии разрыва и усиление эффекта перфорации и разрыва. Изобретение может широко применяться на нефтяных скважинах, газовых скважинах и водяных скважинах.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена конструкция одного конкретного варианта осуществления скважинного перфоратора в соответствии с изобретением;

на фиг.2 изображена конструкция одной секции скважинного перфоратора, показанного на фиг.1;

на фиг.3 - конструкция кумулятивной зарядной обоймы 10, показанной на фиг.2;

на фиг.4 - конструкция одиночного перфоратора, показанного на фиг.2;

на фиг.5 - конструкция уплотнительной крышки, показанной на фиг.2;

на фиг.6 - поперечный разрез позиционирующего кольца 18, показанного на фиг.2;

на фиг.7 - вид слева кольца, показанного на фиг.6;

на фиг.8 - соединение между позиционирующим кольцом 18 и зарядной обоймой 10;

на фиг.9 - соединение между позиционирующим механизмом и зарядной обоймой 10, а также корпус 9 перфоратора;

на фиг.10 - конструкция зарядной обоймы 22 в пятом конкретном варианте осуществления изобретения;

на фиг.11 - поперечный разрез по линии А-А, показанной на фиг.10;

на фиг.12 - сбоку в разрезе одиночного перфоратора в пятом конкретном варианте осуществления изобретения с зарядом, в неразрезанном состоянии;

на фиг.13 - в поперечном разрезе заряд, показанный на фиг.12, в исходном состоянии, при этом подрывная шашка показана в поперечном разрезе по линии В - В. на фиг, 14 - вид сверху подрывной шашки, показанной на фиг.12;

на фиг.15 - уплотнительная крышка согласно восьмому конкретному варианту осуществления в соответствии с изобретением;

на фиг.16 - конструкция корпуса перфоратора с расположенным на нем взрывчатым веществом;

на фиг.17 - одна секция скважинного перфоратора 1, показанного на фиг.16. Описание предпочтительных конкретных вариантов осуществления

Ниже приводится подробное описание изобретения в связи с конкретными вариантами его осуществления и со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1-9 схематически проиллюстрирована конструкция первого конкретного варианта осуществления в соответствии с изобретением.

На фиг.1 и фиг.2 показан конкретный вариант осуществления, полученный путем сочленения двухсекционного скважинного перфоратора 1, крышки 2 перфоратора, воспламеняющего блока 3, резиновой прокладки 4, верхнего соединителя 5, нижнего соединителя 6, дна 7 перфоратора и промежуточного детонатора 8. Верхний конец скважинного перфоратора 1 крайней сверху секции соединен с крышкой 2 перфоратора, а его нижний конец соединен с верхним концом скважинного перфоратора 1 крайней снизу секции посредством нижнего соединителя 6 и верхнего соединителя 5, при этом резиновая прокладка 4 установлена между верхним соединителем 5 и нижним соединителем 6, а также между крышкой 2 перфоратора и скважинным перфоратором 1, нижний конец скважинного перфоратора 1 крайней снизу секции соединен с дном 7 перфоратора, воспламеняющий блок 3 детонатора установлен в крышке 2 перфоратора и соединен с наземным источником питания посредством кабеля, кроме того, в верхнем соединителе 5 и нижнем соединителе 6 установлен промежуточный детонатор 8. Двухсекционный скважинный перфоратор 1 может иметь разную длину. Кроме того, в данном конкретном варианте осуществления можно выбрать односекционный скважинный перфоратор 1, верхний конец которого соединен с крышкой 2 перфоратора, а его нижний конец соединен с дном 7 перфоратора. Односекционный скважинный перфоратор в соответствии с настоящим изобретением может иметь множество размеров, а длина его может составлять от 0,5 до 4 м. На практике, можно выбирать скважинный перфоратор желаемой длины из множества размеров скважинных перфораторов 1 на основании толщины предполагаемых целевых интервалов бурения, с последующим соединением его с верхним соединителем 5 и нижним соединителем 6, при этом верхний конец скважинного перфоратора 1 крайней сверху секции оказывается соединенным с крышкой 2 перфоратора, а нижний конец скважинного перфоратора 1 крайней снизу секции оказывается соединенным с дном 7 перфоратора. Если участок перфорации имеет толщину 10,5 м, то можно выбрать двухсекционный скважинный перфоратор 1 с длиной одной секции, составляющей 4 метра, и односекционный перфоратор 1 длиной 2,5 м для сборки в другом конкретном варианте осуществления. Кроме того, если между верхним и нижним участками перфорации имеется интервал, на котором перфорация не требуется, то верхнюю и нижнюю секции перфоратора можно выбирать из множества размеров скважинных перфораторов 1, а в интервале, на котором перфорация не требуется, использовать прокладку. Между одним скважинным перфоратором и другим скважинным перфоратором, одной прокладкой и другой прокладкой, скважинным перфоратором и прокладкой в каждом случае может быть осуществлено соединение посредством верхнего соединителя 5 и нижнего соединителя 6.

На фиг.2 условно изображена конструкция односекционного скважинного перфоратора 1 в соответствии с рассматриваемым конкретным вариантом осуществления. На фиг.1 и фиг.2 показан односекционный скважинный перфоратор 1, конструкция которого включает в себя корпус 9 скважинного перфоратора, зарядную обойму 10, подрывную шашку 11, зарядный патрон 12, заряд 13, взрывчатое вещество 14, детонирующий шнур 15, куполообразную крышку 16, позиционирующее кольцо 18, позиционирующую шпонку 19, резьбовую крышку 20, винты 21 и 29, при этом подрывная шашка 11, зарядный патрон 12, регуляторный заряд 13 и взрывчатое вещество 14 соединены с образованием единого перфоратора согласно рассматриваемому конкретному варианту осуществления, а резьбовая крышка 20 с винтами 21 и 29 вместе образуют позиционирующий механизм согласно рассматриваемому конкретному варианту осуществления.

Зарядная обойма 10 установлена в корпусе 9 скважинного перфоратора. Зарядная обойма 10 согласно рассматриваемому конкретному варианту осуществления имеет цилиндрическую форму. На одном и том же в осевом направлении участке зарядной обоймы 10 выполнена пара зарядных гнезд 3', расположенных радиально и симметричных относительно центральной оси, как показано на фиг.3. Одно зарядное гнездо 3' расположено в соответствии с углублением 2' на скважинном перфораторе 1, а другое зарядное гнездо 3' расположено в соответствии с вентиляционным отверстием 1' для сброса давления на том же осевом участке, как показано на фиг.2. Два соседних зарядных гнезда 3' разных в осевом направлении участков и разных фаз расположены в чередующемся порядке в соответствии с одним и тем же направлением спирали, с фазовым сдвигом 90 градусов. На каждом конце зарядной обоймы 10 имеется позиционирующее отверстие 4' зарядной обоймы. В данном конкретном варианте осуществления, зарядная обойма в корпусе 9 перфоратора длиной 1 м снабжена 16-ю парами зарядных гнезд 3' на разных по оси участках и разных фазах. Как длина зарядной обоймы 10, так и количество зарядных гнезд увеличиваются или уменьшаются пропорционально увеличению или уменьшению длины скважинного перфоратора 1.

В зарядной обойме 10 имеется 16 одиночных перфораторов, а каждый перфоратор образован путем соединения подрывной шашки 11, зарядного патрона 12, заряда 13, взрывчатого вещества 14 и детонирующего шнура 15, при этом на том же вдоль оси участке выполнена пара проходящих в радиальном направлении зарядных гнезд 3', симметричных относительно центральной оси. В каждом зарядном гнезде 3' подрывной шашки 11 установлен зарядный патрон 12, содержащий кумулятивный заряд 13. Открытый конец заряда 13 расположен как раз напротив корпуса 9 перфоратора, а зажимной конец заряда 13 расположен как раз напротив вентиляционного отверстия Г для сброса давления, соответствующего углублению 2' на том же осевом участке. Внутри зарядного патрона 12 в подрывной шашке 11 расположено взрывчатое вещество 14, а в центре этого взрывчатое вещество 14 находится отверстие 5' под детонирующий шнур. Детонирующий шнур 15 вставлен в отверстие 5' под детонирующий шнур, проделанное в взрывчатое вещество 14 в каждом одиночном перфораторе. Детонирующий шнур 15 прикреплен к зажимному концу заряда 13 посредством позиционирующего зажима 13-1, установленного на конце заряда 13. На внешней поверхности подрывной шашки 11 можно также сформировать резьбовой паз, а детонирующий шнур 15 можно установить в этот паз. Детонирующий шнур 15 также можно уложить в пространстве между внешней поверхностью зарядной обоймы 10 и внутренней поверхностью корпуса 9 перфоратора и соединить с концом заряда 13 внахлест. В настоящем изобретении обязательно предусматривается одиночный перфоратор, содержащий подрывную шашку 11, заполненную взрывчатым веществом 14. Этот способ делает необязательным изготовление гильзы твердого взрывчатого вещества длиной от 0,5 до 4 м. Применяя настоящее изобретение при проведении операции перфорации для получения разрыва внутри скважины в случае, когда толщина интервала перфорации меньше, чем общая длина нескольких секций скважинного перфоратора 1, операторы могут уменьшить количество одиночных перфораторов, чтобы достичь длины перфоратора, идентичной длине интервала перфорации, что позволяет избавиться от затруднения, связанного с необходимостью отрезать часть гильзы композиционного твердого взрывчатого вещества на месте проведения работ.

На одном и том же вдоль оси участке корпуса 9 скважинного перфоратора выполнены расположенные в радиальном направлении углубление 2' и вентиляционное отверстие 1' для сброса давления, при этом вентиляционное отверстие 1' для сброса давления расположено напротив углубления 2' и используется для сброса давления. В данном конкретном варианте осуществления на разных осевых участках и разных фазах корпуса скважинного перфоратора длиной 1 м выполнены шестнадцать углублений 2' и шестнадцать вентиляционных отверстий 1' для сброса давления. Углубление 2' и соседнее с ним углубление 2' на разных осевых участках и разных фазах расположены в чередующемся порядке в соответствии с одним и тем же направлением спирали с фазовым сдвигом 90 градусов. Вентиляционное отверстие 1' для сброса давления закрыто уплотнительной крышкой. В данном конкретном варианте осуществления уплотнительная крышка выполнена в виде куполообразной стальной пластины 16, скрепленной с резиновой прокладкой 17, имеющей угол α конуса, составляющий 30 градусов, как показано на фиг.5.

Между каждым концом зарядной обоймы 10 и корпусом 9 перфоратора соответственно установлен позиционирующий механизм, как показано на фиг.9. В данном конкретном варианте осуществления позиционирующий механизм включает в себя позиционирующее кольцо 18, позиционирующую шпонку 19, резьбовую крышку 20, винты 21 и 29. В боковой стенке позиционирующего кольца 18 выполнены проходящие в радиальном направлении два позиционирующих отверстия 6', как показано на фиг.6, при этом все позиционирующие отверстия 6' являются резьбовыми отверстиями. Поскольку позиционирующее отверстие 6' позиционирующего кольца является резьбовым отверстием, вставляя винт 21 в позиционирующее отверстие 4' зарядной обоймы, как показано на фиг.6, и снова завинчивая винт 21 в позиционирующее отверстие 6', можно добиться того, что позиционирующее кольцо 18 и зарядная обойма больше не смогут повернуться относительно друг друга, как показано на фиг.8. На внешней поверхности позиционирующего кольца 18 (фиг.6) выполнен проходящий в радиальном направлении позиционирующий паз 7' позиционирующего кольца 18. Этот позиционирующий паз 7' имеет прямоугольную форму, как показано на фиг.6 и 7. В позиционирующем пазу 7' выполнено резьбовое отверстие. Позиционирующая шпонка 19 имеет форму прямоугольника, как показано на фиг.9, причем один ее конец закреплен в резьбовом отверстии позиционирующего паза 7' позиционирующего кольца 18 посредством винта 29, а другой ее конец выполнен с возможностью непосредственного вставления в позиционирующий паз 8' корпуса перфоратора, имеющийся в этом корпусе 9 скважинного перфоратора, с обеспечением ситуации, в которой зарядная обойма 10 и корпус 9 скважинного перфоратора больше не способны поворачиваться относительно друг друга. На поверхности позиционирующего кольца 18 выполнены три отверстия, которые используются для размещения в них поворотных средств для поворота позиционирующего кольца 18 таким образом, чтобы позиционирующая шпонка 19 выравнивалась с позиционирующим пазом 8' в корпусе 9 перфоратора для выравнивания головки заряда 13 с углублением 2' в корпусе 9 перфоратора, как показано на фиг.2. За счет установки зарядной обоймы в корпусе 9 перфоратора и завинчивания резьбовой крышки 20 в каждый конец корпуса 9 перфоратора, зарядная обойма 10 не может перемещаться в осевом направлении относительно корпуса 9. За счет наличия вышеупомянутого позиционирующего механизма в данном конкретном варианте осуществления зарядная обойма 10 не может поворачиваться в радиальном направлении и перемещаться в осевом направлении относительно корпуса 9 перфоратора, что гарантирует высокое качество перфоратора и эффект газового разрыва.

Как показано на фиг.1, в нижней детали 7 перфоратора предусмотрен паз 30 для сброса давления, чтобы уменьшить локальное давление, возникающее в корпусе 9 перфоратора и нижней детали 7 перфоратора, а также защитить сам скважинный перфоратор.

Во втором конкретном варианте осуществления этого изобретения в корпусе 9 скважинного перфоратора (длиной 1 м) выполнены пять углублений 2' и пять вентиляционных отверстий 1' для сброса давления, каждое из которых расположено напротив соответствующего углубления 2'. Эти углубления 2' и вентиляционные отверстия 1' для сброса давления распределены по разным вдоль оси участкам с разными фазами. Углубление 2' и соседнее углубление 2' или вентиляционное отверстие 1' для сброса давления на разных по оси участках расположены в чередующемся порядке в одном и том же направлении по спирали с фазовым сдвигом 90 градусов. Вентиляционное отверстие 1' для сброса давления закрыто уплотнительной крышкой, а эта уплотнительная крышка образована куполообразной стальной пластиной 16, скрепленной с резиновой прокладкой 17, которая имеет угол а конуса, составляющий 15 градусов. Зарядный патрон 3' зарядной обоймы 10 в корпусе 9 скважинного перфоратора расположен в соответствии с углублением 2' или соседним вентиляционным отверстием 1' для сброса давления. В зарядной обойме 10 установлены пять одиночных перфораторов с другими элементами, а также с обеспечением таких же взаимосвязей между ними, как в первом конкретном варианте осуществления.

В третьем конкретном варианте осуществления изобретения, в корпусе 9 скважинного перфоратора (длиной 1 м) выполнены двадцать углублений 2' и двадцать вентиляционных отверстий 1' для сброса давления напротив углублений 2' на разных по оси участках и в разных фазах. Углубление 2' и соседнее углубление 2' или вентиляционное отверстие 1' для сброса давления на разных по оси участках расположены в чередующемся порядке в одном и том же направлении по спирали с фазовым сдвигом 90 градусов. Вентиляционное отверстие 1' для сброса давления закрыто уплотнительной крышкой, а эта уплотнительная крышка образована куполообразной стальной пластиной 16, скрепленной с резиновой прокладкой 17, которая имеет угол α конуса, составляющий 45 градусов. Зарядный патрон 3' зарядной обоймы 10 в корпусе 9 скважинного перфоратора расположен в соответствии с углублением 2' или соседним вентиляционным отверстием 1' для сброса давления. В зарядной обойме 10 установлены двадцать одиночных перфораторов с другими элементами, а также с обеспечением таких же взаимосвязей между ними, как в первом конкретном варианте осуществления.

В четвертом конкретном варианте осуществления в соответствии с изобретением, как показано на фиг.2, 10, 11, 12, 13 и 14, зарядная обойма 10 представлена в другой форме исполнения, при которой на одном и том же по оси участке выполнены проходящие в радиальном направлении концевое отверстие 12' и окно 9' под одиночный перфоратор, при этом окно 9' под одиночный перфоратор имеет форму прямоугольника, центральная линия которого совпадает с центральной линией концевого отверстия 12', как показано на фиг.10. Положение концевого отверстия 12' на разных по оси участках и в разных фазах находятся в однозначном соответствии с вентиляционными отверстиями 1' для сброса давления в корпусе 9 скважинного перфоратора. Два соседних концевых отверстия 12' и окна 9' под одиночные перфораторы разных осевых участков и разных фаз расположены в чередующемся порядке с фазовым сдвигом 90 градусов. На каждой из двух сторон вдоль осевого направления окна 9' под одиночный перфоратор предусмотрен блокировочный паз 10'. Окно 9' под одиночный перфоратор используется для расположения в нем одиночного перфоратора. В данном конкретном варианте осуществления, на зарядной обойме 22 длиной 1 м предусмотрены шестнадцать концевых отверстий 12' и шестнадцать окон 9' под одиночные перфораторы. Как длина зарядной обоймы 22, так и количество концевых отверстий 12' в зарядной обойме 22, а также количество окон 9' под одиночные перфораторы, увеличивается или уменьшается пропорционально увеличению или уменьшению длины скважинного перфоратора 1. На каждом конце зарядной обоймы 22 выполнено позиционирующее отверстие 14' зарядной обоймы для установки позиционирующего механизма, как показано на фиг.11. Одиночный перфоратор согласно данному конкретному варианту осуществления состоит из подрывной шашки 23, блокировочного листа 24, заряда 13, взрывчатого вещества 25 и детонирующего шнура 15, как показано на фиг.12, 13 и 14. Зарядное гнездо 13' переменного диаметра выполнено в осевой средней части подрывной шашки 23, причем к внешней поверхности подрывной шашки 23 приклепан блокировочный лист 24, который в данном конкретном варианте осуществления представляет собой пружинную распорку. Один конец блокировочного листа 24, как упоминалось выше, приклепан к концу боковой поверхности подрывной шашки 23, а другой конец листа является свободным концом. Когда подрывная шашка 23 установлена в окне 9' под одиночный перфоратор зарядной обоймы, блокировочный лист 24 защелкивается блокировочным пазом 10' на каждой стороне окна 9' под одиночный перфоратор в зарядной обойме 22, как показано на фиг.10. Таким образом шашка 23 закрепляется в окне 9' зарядной обоймы 22. На наружной боковой поверхности подрывной шашки 23 выполнен паз 11' под детонирующий шнур. Заряд 13 установлен в зарядном гнезде 13', а открытый конец заряда 13 выровнен с окном 9' под одиночный перфоратор в корпусе 11 и с углублением 2' в корпусе 9 скважинного перфоратора на том же осевом участке, при этом зажимной конец заряда 13 выровнен с вентиляционным отверстием 1' для сброса давления на том же осевом участке в корпусе скважинного перфоратора. Пространство в подрывной шашке 23 содержит взрывчатое вещество 25, которое в данном конкретном варианте осуществления имеет также форму листа. Детонирующий шнур 15 установлен в пазу 11' под детонирующий шнур на внешней поверхности подрывной шашки 23 и перекрывается с зажимным концом заряда 13, который при этом спирально намотан вдоль внутренней стенки зарядной обоймы. В данном конкретном варианте осуществления, другие элементы и соответствующие соединения между ними являются такими же, как в первом конкретном варианте осуществления. Сборка предлагаемого варианта изобретения проще, поскольку в данном конкретном варианте осуществления применяется зарядная обойма 22 вышеупомянутой конструкции и одиночный перфоратор.

В пятом конкретном варианте осуществления в соответствии с изобретением, на одном и том же вдоль оси участке в зарядной обойме 22 предусмотрены проходящие в радиальном направлении концевое отверстие 12' и окно 9' под одиночный перфоратор, выполненное в форме прямоугольника, центральная линия которого совпадает с центральной линией концевого отверстия 12' на том же осевом участке. В зарядной обойме 22 длиной 1 м выполнены пять концевых отверстий и пять окон 9' под одиночные перфораторы. В каждом из окон 9' под одиночные перфораторы установлен одиночный перфоратор. Концевые отверстия 12' и окна 9' под одиночные перфораторы в зарядной обойме 22 выполнены в таком же порядке, как в четвертом конкретном варианте осуществления, при этом конструкция одиночного перфоратора также аналогична той, что описана в отношении четвертого конкретного варианта осуществления.

В шестом конкретном варианте осуществления в соответствии с изобретением, на одном и том же по оси участке в зарядной обойме 22 предусмотрены проходящие в радиальном направлении концевое отверстие 12' и окно 9' под одиночный перфоратор, выполненное в форме прямоугольника, центральная линия которого совпадает с центральной линией концевого отверстия 12' на том же осевом участке. В зарядной обойме 22 длиной 1 м выполнены двадцать концевых отверстий и двадцать окон 9' под одиночные перфораторы. В каждом из окон 9' под одиночные перфораторы установлен одиночный перфоратор. Концевые отверстия 12' и окна 9' под одиночные перфораторы в зарядной обойме 22 выполнены в таком же порядке, как в четвертом конкретном варианте осуществления, при этом конструкция одиночного перфоратора тоже является такой же, как в четвертом конкретном варианте осуществления.

В седьмом конкретном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением, как показано на фиг.2 и фиг.15, уплотнительная крышка, закрывающая вентиляционное отверстие 1' для сброса давления корпуса 9 перфоратора образована круглой пластиной 26, скрепленной с резиновой прокладкой 27. По контуру круглой пластины 26 имеется фаска под углом β, составляющим 50 градусов, как показано на фиг.15, при этом другие элементы, а также соответствующие соединения между ними являются такими же, как в первом конкретном варианте осуществления.

В восьмом конкретном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением, по контуру круглой пластины 26 в уплотнительной крышке выполнена фаска с углом β, составляющим 60 градусов, а верхняя поверхность круглой пластины скреплена с резиновой прокладкой 27. Другие элементы, а также соответствующие соединения между ними являются такими же, как в первом конкретном варианте осуществления.

В девятом конкретном варианте осуществления в соответствии с настоящим изобретением, по контуру круглой пластины 26 на уплотнительной крышке предусмотрена фаска с углом β, составляющим 45 градусов, а верхняя поверхность круглой пластины скреплена с резиновой прокладкой 27. Другие элементы, а также соответствующие соединения между ними являются такими же, как в первом конкретном варианте осуществления.

На фиг.16 и 17 изображен десятый конкретный вариант осуществления настоящего изобретения, в котором взрывчатое вещество (гильза 28) размещено на корпусе 9 скважинного перфоратора, причем взрывчатое вещество, установлено на корпусе 9 крайнего сверху скважинного перфоратора, неподвижно закреплено посредством верхней детали 2 перфоратора и нижнего соединителя 6, а взрывчатое вещество, установленное на корпусе 9 среднего скважинного перфоратора, неподвижно закреплено посредством нижнего соединителя 6 и верхнего соединителя 5, тогда как взрывчатое вещество, установленное на корпусе 9 крайнего снизу скважинного перфоратора, неподвижно закреплено посредством основания 7 и верхнего соединителя 5. Другие элементы, а также соответствующие соединения между ними являются такими же, как в первом конкретном варианте осуществления. Гильза 28 взрывчатого вещества согласно данному конкретному варианту осуществления изготовлена из взрывчатого вещества, при этом конкретным вариантом осуществления твердого взрывчатого вещества является твердое взрывчатое вещество; в дополнительном конкретном варианте осуществления это может быть порох. В настоящем изобретении используется одиночный перфоратор, установленный в корпусе 9 скважинного перфоратора, при этом на корпусе скважинного перфоратора установлено взрывчатое вещество - гильза 28, что увеличивает количественную характеристику заполнения взрывчатым веществом и усиливает влияние эффекта разрыва под давлением в случаях нефтяных, газовых и водяных скважин.

Изобретение относится к устройствам для концентрации энергии и кумулятивной перфорации. Обеспечивает повышение эффективности перфорации и разрыва продуктивного пласта скважины. По первому варианту устройство содержит односекционный или многосекционный скважинный перфоратор, крышку, дно, и воспламеняющее устройство, расположенное внутри или снаружи указанной крышки. В корпусе установлена зарядная обойма, в которой размещено множество одиночных перфораторов, каждый из которых соединен с детонирующим шнуром и содержит зарядное гнездо, зарядный патрон, перфораторный заряд и взрывчатое вещество. Позиционирующий шнур закреплен на позиционирующем зажиме. Устройство по второму варианту содержит односекционный или многосекционный скважинный перфоратор, крышку, дно, и воспламеняющее устройство, расположенное внутри или снаружи указанной крышки. В корпусе установлена зарядная обойма, в которой размещено множество одиночных перфораторов, каждый из которых соединен с детонирующим шнуром. Между верхним и нижним концами зарядной обоймы и корпусом скважинного перфоратора установлен позиционирующий механизм. В дне скважинного перфоратора выполнен паз для сброса давления. Устройство по третьему варианту содержит односекционный или многосекционный скважинный перфоратор, крышку, дно, и воспламеняющее устройство, расположенное внутри или снаружи указанной крышки. В корпусе скважинного перфоратора установлена зарядная обойма, в которой расположены снабженные зарядом подрывные шашки. Между соседними подрывными шашками размещено твердое взрывчатое вещество. С каждым зарядом соединен детонирующий шнур. Между верхним и нижним концами зарядной обоймы и корпусом перфоратора установлен позиционирующий механизм, 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Устройство для перфорации и разрыва пласта нефтегазовой скважины, содержащее односекционный или многосекционный скважинный перфоратор, крышку, расположенную на верхнем конце крайней верхней секции скважинного перфоратора, дно, расположенное на нижнем конце крайней нижней секции скважинного перфоратора, и воспламеняющее устройство, расположенное внутри или снаружи указанной крышки, характеризующееся тем, что в корпусе скважинного перфоратора установлена зарядная обойма, в зарядной обойме размещено множество одиночных перфораторов, каждый из которых соединен с детонирующим шнуром и содержит зарядное гнездо, расположенное радиально в подрывной шашке, зарядный патрон, находящийся в зарядном гнезде, перфораторный заряд, находящийся в зарядном патроне и взрывчатое вещество, находящееся в подрывной шашке, при этом детонирующий шнур закреплен на позиционирующем зажиме.2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что на нижнем конце верхней секции многосекционного скважинного перфоратора имеется нижний соединитель со встроенным промежуточным детонатором, соединенным с детонирующим шнуром, а на верхнем конце соседней нижней секции имеется верхний соединитель со встроенным промежуточным детонатором, соединенным с детонирующим шнуром, при этом верхняя и нижняя секции соединены посредством верхнего и нижнего соединителей.3. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что взрывчатое вещество сформировано из гранулированного или отвержденного материала в форме цилиндра с расположенным вдоль оси отверстием, а детонирующий шнур расположен в этом отверстии и соединен с концами кумулятивных перфораторных зарядов.4. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что на боковой поверхности подрывной шашки выполнен спиральный паз, а детонирующий шнур намотан на боковую поверхность подрывной шашки вдоль спирального паза и соединен с основанием кумулятивного перфораторного заряда.5. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что детонирующий шнур расположен в корпусе скважинного перфоратора снаружи зарядной обоймы и соединен с основанием перфораторного заряда.6. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что на корпусе скважинного перфоратора вдоль его оси выполнены радиальные углубления и дренажные отверстия для сброса давления, закрытые уплотнительной крышкой и расположенные напротив радиальных углублений, причем радиальные углубления и дренажные отверстия для сброса давления, находящиеся на разных по оси участках корпуса, расположены в разных фазах и в чередующемся порядке в одном и том же направлении спирали.7. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что в зарядной обойме выполнены зарядные гнезда, расположенные попарно симметрично в радиальном направлении, причем два соседних зарядных гнезда, находящиеся на разных по оси участках зарядной обоймы, расположены в разных фазах и в чередующемся порядке и находятся в однозначном соответствии с углублениями или дренажными отверстиями для сброса давления, при этом на боковых сторонах обоих концов зарядной обоймы выполнены позиционирующие отверстия.8. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что в корпусе скважинного перфоратора выполнены два дренажных отверстия для сброса давления, расположенные одно напротив другого в радиальном направлении.9. Устройство по п.8, характеризующееся тем, что в каждом из дренажных отверстий для сброса давления установлена куполообразная уплотнительная крышка.10. Устройство по п.9, характеризующееся тем, что куполообразная уплотнительная крышка образована куполообразной стальной пластиной, на наружной поверхности которой закреплена резиновая прокладка с углом конусности от 15 до 45°.11. Устройство по п.10, характеризующееся тем, что куполообразная уплотнительная крышка образована круглой стальной пластиной, по окружности наружной поверхности которой выполнена фаска под углом от 30 до 60°, при этом наружная поверхность круглой стальной пластины скреплена с резиновой прокладкой, имеющей угол конусности от 15 до 45°.12. Устройство по п.1 характеризующееся тем, что между верхним и нижним концами зарядной обоймы и корпусом скважинного перфоратора установлен позиционирующий механизм для ограничения поворота и осевого перемещения зарядной обоймы относительно корпуса скважинного перфоратора, содержащий установленные с двух концов корпуса скважинного перфоратора позиционирующие кольца, каждое из которых неподвижно соединено с зарядной обоймой посредством соединительного элемента, позиционирующей шпонки и ограничительной резьбовой крышки, установленной снаружи позиционирующего кольца, при этом один конец позиционирующей шпонки закреплен на позиционирующем кольце, а другой установлен в позиционирующем пазу корпуса скважинного перфоратора.13. Устройство по п.12, характеризующееся тем, что позиционирующее кольцо выполнено с позиционирующим отверстием, ориентированным радиально на боковой стенке позиционирующего кольца, в позиционирующее отверстие вставлен соединительный элемент, на конце зарядной обоймы находится позиционирующее отверстие зарядной обоймы, при этом в торцевой поверхности позиционирующего кольца выполнен позиционирующий паз для размещения позиционирующей шпонки.14. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что в зарядной обойме выполнены в радиальном направлении концевые отверстия и окна под одиночный перфоратор, причем каждое окно под одиночный перфоратор имеет форму прямоугольника, центр которого лежит на осевой линии соответствующего концевого отверстия, расположенного на том же участке зарядной обоймы, при этом соседние концевое отверстие и окно под одиночный перфоратор других участков и других фаз расположены в чередующемся порядке в соответствии с одним и тем же направлением спирали, расположение концевых отверстий других участков и других фаз находится в однозначном соответствии с расположением дренажных отверстий для сброса давления, а расположение окон под одиночные перфораторы находится в однозначном соответствии с расположением углублений в корпусе скважинного перфоратора, при этом с двух сторон в осевом направлении от окон под одиночные перфораторы выполнены блокировочные пазы, а на каждой боковой стенке с обоих концов зарядной обоймы выполнены позиционирующие отверстия для заряда.15. Устройство по п.14, характеризующееся тем, что каждый из одиночных перфораторов установлен в окне под одиночный перфоратор и содержит зарядное гнездо переменного диаметра, расположенное в осевой средней части подрывной шашки, два блокировочных листа, проходящие в радиальном направлении, причем каждый из них закреплен на конце наружной поверхности подрывной шашки и выполнен с возможностью блокировки подрывной шашки в окне под одиночный перфоратор, паз под детонирующий шнур, выполненный на внешней цилиндрической поверхности подрывной шашки, кумулятивный перфораторный заряд, установленный в зарядном гнезде подрывной шашки, при этом в полости подрывной шашки размещено взрывчатое вещество, а детонирующий шнур расположен в пазу под детонирующий шнур и соединен с находящимся у дна скважинного перфоратора концом кумулятивного перфораторного заряда.16. Устройство по п.14, характеризующееся тем, что в дне перфоратора выполнен паз для сброса давления.17. Устройство по п.14, характеризующееся тем, что корпус скважинного перфоратора длиной 1 м имеет от 5 до 20 одиночных перфораторов в зарядной обойме.18. Устройство для перфорации и разрыва пласта нефтегазовой скважины, содержащее односекционный или многосекционный скважинный перфоратор, крышку, расположенную на верхнем конце крайней верхней секции скважинного перфоратора, дно, расположенное на нижнем конце крайней нижней секции скважинного перфоратора, и воспламеняющее устройство, расположенное внутри или снаружи указанной крышки, характеризующееся тем, что в корпусе скважинного перфоратора установлена зарядная обойма, в зарядной обойме размещено множество одиночных перфораторов, каждый из которых соединен с детонирующим шнуром, а между верхним и нижним концами зарядной обоймы и корпусом скважинного перфоратора установлен позиционирующий механизм, при этом в дне скважинного перфоратора выполнен паз для сброса давления.19. Устройство для перфорации и разрыва пласта нефтегазовой скважины, содержащее односекционный или многосекционный скважинный перфоратор, крышку, расположенную на верхнем конце крайней верхней секции скважинного перфоратора, дно, расположенное на нижнем конце крайней нижней секции скважинного перфоратора, и воспламеняющее устройство, расположенное внутри или снаружи указанной крышки, характеризующееся тем, что в корпусе скважинного перфоратора установлена зарядная обойма, в которой расположены снабженные зарядом подрывные шашки, между соседними подрывными шашками размещено твердое взрывчатое вещество, а с каждым зарядом соединен детонирующий шнур, при этом между верхним и нижним концами зарядной обоймы и корпусом перфоратора установлен позиционирующий механизм.