СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАРЯДКИ СКВАЖИННОГО ПЕРФОРАТОРА Российский патент 2012 года по МПК E21B43/117 

Предшествующий уровень техники

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в общем относится к перфорирующему устройству, а более конкретно, к способу улучшения эффективности зарядки скважинного перфоратора.

Описание предшествующего уровня техники

Для повышения продуктивности подземной формации скважинный перфоратор, как правило, опускают вниз в скважину, проходящую через формацию. Скважинный перфоратор может, например, содержать множество радиально ориентированных кумулятивных зарядов, которые детонируют с образованием перфораций в формации вблизи скважины. Кумулятивные заряды могут, например, размещаться в точках вдоль винтовой спирали, проходящей вокруг продольной оси скважинного перфоратора.

Современные системы перфораторов используют раздельные компоненты для герметичной перегородки, детонатора, фиксатора шашек взрывчатого вещества, детонационного шнура и проводов к перфораторам, расположенным внизу. При изготовлении перфоратора, все детали собираются вместе, за исключением детонатора, и доставляются в положение для осуществления операций перфорации. В этом положении перфоратор открывают и устанавливают детонатор. Детонатор может, например, представлять собой РЧ-безопасный детонатор, используемый заявителем настоящей заявки, и этот детонатор может содержать адресуемый переключатель, воспламенитель и электрозапал. Соответственно, установка узла детонатора в положении для проведения перфорации включает в себя присоединение проводов в очень малом пространстве. Установка детонатора также включает в себя использование предохранительной трубки, в которую помещается детонатор перед присоединением детонатора к проводам в зарядной трубке.

Предпочтительно обеспечить возможность зарядки скважинного перфоратора посредством использования порта в сборке перфоратора без разборки компонентов перфоратора. Эти новые и полезные результаты реализуются с помощью способа и устройства по настоящему изобретению.

Сущность изобретения

В соответствии с настоящим изобретением создан способ сборки скважинного перфоратора, который в соответствии с изобретением включает в себя установку в стволе в первом положении (например, в мастерской, в месте производства, на испытательном оборудовании, или в положении, отличном от полевого, которое не является местом, в котором будут осуществляться операции перфорирования), множества кумулятивных зарядов, имеющих капсюли, цепи взрывания, содержащей детонационной шнур, присоединенный к капсюлям кумулятивных зарядов, приемника детонатора, содержащего промежуточный детонатор и шнур, в месте вблизи порта, и проводов, присоединенных в рабочем состоянии между концами ствола и к приемнику детонатора. Один конец детонационного шнура также присоединен в рабочем состоянии с приемником детонатора. Один из вариантов осуществления приемника детонатора включает в себя адресуемый переключатель и воспламенитель и гнездо для приема электрозапала с взрывчатой прокладкой из фольги или электрозапала с взрывчатым проволочным мостиком. В других вариантах осуществления, приемник детонатора содержит гнездо для приема электрозапала с взрывчатой прокладкой из фольги либо электрозапала с взрывчатым проволочным мостиком, но не содержит адресуемого переключателя. Адресуемый переключатель содержит схему, обеспечивающую возможность выбора (например, с положения на поверхности) конкретного скважинного перфоратора в колонке скважинных перфораторов. В то время как приемник детонатора содержит углубления для приема электрозапала с взрывчатой прокладкой из фольги или электрозапала с взрывчатым проволочным мостиком, является важным, чтобы указанные электрозапалы не устанавливались в гнездо в первом положении. Ствол, собранный таким образом, может легко упаковываться и подвергаться электрическим испытаниям в первом положении.

Ствол, собранный таким образом в первом положении, затем транспортируется во второе положение, в котором будет осуществляться операция перфорирования (например, положение в поле или другое место использования). Во втором положении, способ в соответствии с настоящим изобретением включает в себя стадию установки инициирующего устройства в стволе через порт в носителе. Инициирующее устройство может, например, электрически соединяться с воспламенителем приемника детонатора посредством пары проводов через порт, пока он находится в предохранительной трубке, а затем может в рабочем состоянии соединяться с детонационным шнуром посредством установки его в приемнике детонатора. В одном из вариантов осуществления, инициирующее устройство содержит электрозапал с взрывчатой прокладкой из фольги, в то время как в другом варианте осуществления инициирующее устройство представляет собой электрозапал с взрывчатым проволочным мостиком.

В соответствии с настоящим изобретением создан способ сборки системы перфорирования, который включает в себя сборку множества узлов перфораторов, как описано выше, и установку узлов в носитель. Каждая соседствующая пара узлов перфораторов разделяется посредством герметичной перегородки. После сборки в колонку множества узлов перфораторов и герметичных перегородок, требуемых при операции перфорирования, колонка перфораторов может опускаться в скважину и кумулятивные заряды могут детонировать.

В соответствии с настоящим изобретением создан ствол, который изготавливается в соответствии со способом, включающим установку кумулятивных зарядов, детонационного шнура, приемника детонатора и проводов в стволе в первом положении, которое не представляет собой место осуществления операции перфорирования. Устройство в соответствии с настоящим изобретением включает в себя ствол, в котором установлен РЧ-безопасный или сходный с ним детонатор в положении осуществления операции перфорирования.

Краткое описание чертежей

Фиг.1-3 представляют собой схематические виды, в частичном поперечном разрезе, иллюстрирующие установку детонатора в скважинный перфоратор в соответствии с известным уровнем техники.

Фиг.4-6 представляют собой схематические виды в частичном поперечном разрезе, иллюстрирующие способ в соответствии с настоящим изобретением.

Описание конкретных вариантов осуществления

Будет понятно, что настоящее изобретение может иметь множество вариантов осуществления. В следующем далее описании представлены некоторые варианты осуществления настоящего изобретения и приводятся многочисленные детали для обеспечения понимания настоящего изобретения. Специалистам в данной области ясно, что настоящее изобретение может осуществляться без этих деталей и возможны многочисленные варианты и модификации описанных вариантов осуществления. Таким образом, следующее далее описание предназначается только для иллюстрации, а не для ограничения настоящего изобретения.

В описании и прилагаемой формуле изобретения: термины "соединять", "соединение", "соединенный", "в соединении с", и "соединяющий" используются для обозначения "в прямом соединении с" или "в соединении через другой элемент"; а термин "множество" используется для обозначения "одного элемента" или "более чем одного элемента". Как здесь используется, термины "вверх" и "вниз", "верхний" и "нижний", "по направлению вверх" и по направлению вниз", "выше по ходу" и "ниже по ходу"; "выше" и "ниже" и другие сходные термины, обозначающие относительные положения выше или ниже данной точки или элемента, используются в настоящем описании для более четкого описания некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения. Однако когда они применяются к оборудованию и способам для использования в скважинах, которые являются наклонными или горизонтальными, такие термины могут относиться к соотношению слева направо, справа налево или к другому соотношению соответствующим образом.

В целом, настоящее изобретение относится к усовершенствованным устройствам скважинных перфораторов и к способам производства, сборки и использования РЧ-безопасных систем перфораторов. Используемый, термин "РЧ-безопасный" означает, что электрозапал системы перфораторов является, по существу, невосприимчивым к типичным уровням электростатического разряда РЧ излучения и/или случайным или непреднамеренным подключениям питания. Кроме того, различные варианты осуществления устройств скважинных перфораторов и способов их производства и использования описываются по отношению к селективному воспламенению (например, где РЧ-безопасный электрозапал содержит адресуемый переключатель). Предполагается, однако, что другие варианты осуществления настоящего изобретения включают в себя усовершенствованные устройства скважинных перфораторов и способы производства, сборки и использования для неселективных систем воспламенения перфоратора (например, где РЧ-безопасный электрозапал не содержит адресуемого переключателя). В описании, термин "РЧ-безопасное инициирующее устройство" используется для обозначения электрозапала с взрывчатой прокладкой из фольги, электрозапала с взрывчатым проволочным мостиком или другого компонента для инициирования системы перфораторов РЧ-безопасным образом. В описании и прилагаемой формуле изобретения, термины "детонатор" и "электрозапал" могут использоваться взаимозаменяемо.

На фиг.1-3 иллюстрируется известный способ установки детонатора 10 в стволе 12, в положении, где должны осуществляться операции перфорирования. Размер детонатора 10 требует удаления концевых соединений 22 соседних узлов 12, 20 перфоратора для установки детонатора 10 в стволе 12. После удаления концевых соединений 22 детонатор 10 помещается в предохранительной трубке 18, а затем провода 14 присоединяются к выводам детонатора 10. После присоединения проводов детонатор 10 может удаляться из предохранительной трубки 18 и устанавливаться в цепь взрывания посредством соединения детонационного шнура 16 с детонатором 10. Затем концевые соединения 22 узлов 12, 20 перфораторов могут устанавливаться повторно. Этот известный способ сборки скважинного перфоратора при использовании в поле является неэффективным из-за требуемой разборки.

На фиг.4-6, показан один из вариантов осуществления ствола 40 в соответствии с настоящим изобретением, который содержит приемник 48 детонатора, который может включать адресуемый переключатель, воспламенитель или просто гнездо 49 для приема РЧ-безопасного инициирующего устройства, но не содержит инициирующего устройства. В других вариантах осуществления, приемник 48 детонатора не содержит адресуемого переключателя. Приемник 48 детонатора, вместе с кумулятивными зарядами (не показаны), проводами 41 и детонационным шнуром 52 устанавливаются в стволе 40 в первом положении, которое не является местом, где должны осуществляться операции перфорирования. Провода 20 соединяют между собой концы стволов 44, 40 и соединяются к приемнику 48 детонатора. Детонационный шнур 52 соединяется с капсюлями кумулятивных зарядов, и один конец детонационного шнура 52 соединяется в рабочем состоянии с приемником 48 детонатора. Все компоненты детонационного устройства (в отсутствие РЧ-безопасного инициирующего устройства) устанавливаются таким образом в первом положении.

Ствол 40 дополнительно содержит порт 42, закрытый удаляемой пробкой 43. В различных вариантах осуществления, пробка 43 может представлять собой вставляемую, резьбовую или сдвигаемую крышку или любое другое устройство для съемного перекрытия сообщения с внутренним пространством ствола. Во втором положении, которое представляет собой место, в котором должны осуществляться операции перфорирования, порт 42 открывается и РЧ-безопасное инициирующее устройство 56 соединяется с проводами 50, так что РЧ-безопасное инициирующее устройств соединяется в рабочем состоянии с воспламенителем в приемнике 48 детонатора. После соединения с проводами, РЧ-безопасное инициирующее средство 56 может устанавливаться посредством порта 42 в гнездо 49 приемника 48 детонатора. Средство 56 соединяется в рабочем состоянии с детонационным шнуром 52. После установки РЧ-безопасного инициирующего средства 56 порт 42 повторно закрывается, и сообщение с внутренним пространством ствола 40 перекрывается пробкой 43.

В некоторых вариантах осуществления, ствол может содержать зарядную трубку или любой другой узел корпуса в виде трубчатого перфоратора. Также, в некоторых вариантах осуществления, приемник детонатора может содержать электронную плату.

Варианты осуществления скважинного перфоратора по настоящему изобретению, как описано выше, включают в себя устройства, процессы и способы, при этом скважинный перфоратор собирается в первом положении, которое не является местом операций перфорирования. "Первое положение" может реально включать в себя одно из положений, которое не является реальным местом перфорирования (то есть, местом в скважине), или альтернативно, сочетание положений, каждое из которых не является реальным местом перфорирования. Например, электрозапал (без конечного РЧ-безопасного инициирующего средства) может производиться и устанавливаться в ствол на предприятии в Китае, а затем ствол может транспортироваться на предприятие в Соединенных Штатах, где устанавливается детонационный шнур и кумулятивные заряды, и ствол транспортируется в заданное положение в скважине. В положении в скважине, РЧ-безопасное инициирующее средство может устанавливаться посредством соединительного узла в стволе. Один или несколько перфораторов могут соединяться вместе с образованием собранной и заряженной нитки скважинных перфораторов. Наконец, нитка скважинных перфораторов может использоваться в скважине для детонации в нижней части скважины.

Группа изобретений относится к области бурения, а именно к способу улучшения эффективности зарядки скважинного перфоратора. Способ сборки системы перфорирования содержит установку приемника детонатора, содержащего адресуемый переключатель и воспламенитель, в стволе в первом положении, которое не является положением для осуществления операции перфорирования, установку проводов в стволе в первом положении, установку кумулятивных зарядов и детонационного шнура в стволе в первом положении, транспортировку стволов ко второму положению, в котором осуществляются операции перфорирования, установку РЧ-безопасного инициирующего устройства в каждом стволе во втором положении через порт в стволе и его соединение с воспламенителем и с детонационным шнуром. Обеспечивает зарядку скважинного перфоратора без разборки компонентов перфоратора. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ сборки ствола перфоратора с первым и вторым концами для использования в скважинном перфораторе, содержащий следующие стадии:
установку кумулятивных зарядов и детонационного шнура в стволе в первом положении, которое не является положением для осуществления операции перфорирования, причем детонационный шнур соединяется в рабочем состоянии с капсюлями кумулятивных зарядов;
формирование порта в стволе для обеспечения доступа к внутреннему пространству ствола;
установку воспламенителя и приемника детонатора, приспособленного для размещения инициирующего устройства в стволе вблизи порта; и
установку проводов в стволе в первом положении и их присоединение между концами ствола и приемника детонатора.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя следующие стадии, осуществляемые во втором положении, при котором осуществляются операции перфорирования:
соединение инициирующего устройства с воспламенителем приемника детонатора через порт и установку инициирующего устройства через порт в стволе, так что инициирующее устройство находится в рабочем состоянии в соединении с одним из концов детонационного шнура;
закрытие порта.

3. Способ по п.2, в котором инициирующее устройство представляет собой РЧ-безопасный электрозапал с взрывчатой прокладкой из фольги.

4. Способ по п.2, в котором инициирующее устройство представляет собой РЧ-безопасный электрозапал с взрывчатым проволочным мостиком.

5. Ствол скважинного перфоратора, собранный в соответствии со способом по п.1.

6. Способ сборки системы перфорирования, содержащий следующие стадии:
а) установку приемника детонатора, содержащего адресуемый переключатель и воспламенитель, в стволе в первом положении, которое не является положением для осуществления операции перфорирования;
б) установку проводов в стволе в первом положении;
в) установку кумулятивных зарядов и детонационного шнура в стволе в первом положении;
г) повторение стадий (а, б, в) для множества стволов, используемых в системах перфорирования;
д) транспортировку стволов, собранных на стадиях (а, б, в), ко второму положению, в котором осуществляются операции перфорирования;
е) установку РЧ-безопасного инициирующего устройства в каждом стволе во втором положении через порт в стволе и его соединение с воспламенителем и с детонационным шнуром.

7. Способ по п.6, в котором РЧ-безопасное инициирующее устройство содержит электрозапал с взрывчатым проволочным мостиком.

8. Способ по п.6, в котором РЧ-безопасное инициирующее устройство содержит электрозапал с взрывчатой прокладкой из фольги.

9. Устройство для использования в скважинном перфораторе, содержащее ствол перфоратора с первым и вторым концами и соединителями на указанных концах, предназначенных для размещения кумулятивных зарядов, детонационного шнура и проводов, приемник детонатора, содержащий воспламенитель, установленный в стволе в первом положении, которое не является положением для осуществления операции перфорирования, провода, расположенные в первом положении и подсоединенные между соединителями и приемником детонатора, детонационный шнур и кумулятивные заряды, расположенные в стволе в первом положении, при этом детонационный шнур соединен с капсюлями кумулятивных зарядов и с приемником детонатора.

10. Устройство по п.9, дополнительно содержащее РЧ-безопасное инициирующее устройство, которое установлено в стволе через порт в стволе во втором положении, которое является местом операций перфорирования.

11. Устройство ствола по п.10, в котором РЧ-безопасное инициирующее устройство выбрано из электрозапала с взрывчатым проволочным мостиком и электрозапала с взрывчатой прокладкой из фольги.

12. Устройство ствола по п.9, в котором приемник детонатора дополнительно содержит адресуемый переключатель.

13. Перфорирующее устройство для сборки в первом положении и для использования в системе перфорирования во втором положении, при этом первое положение не является положением осуществления операции перфорирования, содержащее ствол, имеющий внутренний канал, первый и второй концы и соединители на каждом из концов, причем внутренний канал приспособлен для размещения кумулятивных зарядов, детонационного шнура, проводов и приемника детонатора, порт ствола, приспособленный для установления сообщения между внутренним каналом и внешним пространством ствола, при этом приемник детонатора содержит адресуемый переключатель, воспламенитель для соединения в рабочем состоянии с детонационным шнуром и гнездо для приема РЧ-безопасного инициирующего устройства, пробку для закрытия порта в стволе, множество кумулятивных зарядов, имеющих капсюли, детонационный шнур для соединения с капсюлями кумулятивных зарядов и провода для соединения между соединителями и приемником детонатора.

14. Перфорирующее устройство по п.13, в котором РЧ-безопасное инициирующее устройство представляет собой электрозапал с взрывчатой прокладкой из фольги.

15. Перфорирующее устройств по п.13, в котором РЧ-безопасное инициирующее устройство представляет собой электрозапал с взрывчатым проволочным мостиком.