КУМУЛЯТИВНЫЙ СЕКЦИОННЫЙ ПЕРФОРАТОР ДЛЯ СКВАЖИНЫ Российский патент 2013 года по МПК E21B43/117 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при прострелочно-взрывных работах в скважинах для вторичного вскрытия продуктивных пластов.

Кумулятивные перфораторы однократного использования широко применяются при прострелочно-взрывных работах, в том числе благодаря возможности спускать в скважину длинные сборки из нескольких секций.

Известен кумулятивный секционный перфоратор для скважины однократного использования, в котором соединение отдельных секций осуществлено с помощью переходника с большим внутренним отверстием, внутри которого расположены свободные концы детонирующих шнуров соединяемых секций. При этом концы шнуров плотно внахлест - петлей соединены между собой мягкой проволокой через резьбовые отверстия в переходнике (см., например, Фридляндер Л.Я., Справочник по прострелочно-взрывной аппаратуре, Москва, Недра, 1983, с.19, рис.1.7.).

Недостатком известного устройства является то, что описанное соединение обеспечивает надежную передачу детонации только для шнуров высокой чувствительности. Ряд современных детонирующих шнуров из термостойких взрывчатых веществ или с содержанием большого количества пластификаторов не передают детонацию при соединении их внахлест. Кроме того, отмечается также невысокая надежность и сложность соединения детонирующих шнуров с помощью проволочной петли.

В настоящее время широко применяются кумулятивные секционные перфораторы для скважины, в которых детонационная цепь в соединениях секций - переходниках и/или муфтах предусматривает использование усилителей детонации - бустеров.

Известен кумулятивный секционный перфоратор для скважины, включающий каркас, кумулятивные заряды, помещенные в каркасе, переходники с размещенными в них бустерами, детонирующие шнуры, присоединенные к бустерам, и узел инициирования (см., например, RU 49894 U1, 10.12.2005).

Такая конструкция предусматривает передачу детонации от детонирующих шнуров к бустерам в направлении ее распространения.

Недостатком известного устройства является необходимость соединения бустеров и детонирующих шнуров с помощью специального приспособления типа клещей, обжимающих стенки бустера на детонирующем шнуре. Такой вариант соединения с деформацией стенок бустера вблизи чувствительного взрывчатого вещества является опасным и допустимым только с использованием приспособлений, допущенных к применению Ростехнадзором РФ. Кроме того, такое соединение, по существу трудно разъемное или неразъемное, затрудняет или исключает возможность, при необходимости, разборки секций кумулятивного перфоратора.

Детонирующие шнуры, используемые в прострелочно-взрывной аппаратуре, особенно в термостойком исполнении, не обладают достаточно высокой надежностью. Поэтому периодически особенно на длинных секционных сборках кумулятивных перфораторов возникает прекращение детонации. При этом часть кумулятивных зарядов выгорает или взрывается в фугасном режиме, что часто приводит к разрушению и заклиниванию кумулятивных перфораторов в скважине.

В горизонтальные скважины кумулятивные перфораторы, собранные из множества секций и достигающие длины в несколько сот метров, спускают на трубах. Для этого варианта надежность полного срабатывания кумулятивного перфоратора становится особенно актуальной.

Однако в известных кумулятивных секционных перфораторах надежность их срабатывания в оптимальном режиме - срабатывания всех кумулятивных зарядов в заданном режиме взрыва - остается не достаточно высокой.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности срабатывания кумулятивного секционного перфоратора - всех его зарядов в заданном режиме взрыва независимо от длины, а также повышения безопасности работ.

Необходимый технический результат достигается тем, что кумулятивный секционный перфоратор для скважины включает ряд секций, соединенных между собой, каждая из которых имеет каркас, на котором размещены кумулятивные заряды, соединенные детонирующими шнурами, узлы приема-передачи детонации, размещенные в соединениях смежных секций, каждый из которых образован сопряженными по торцам эластичными втулками, помещенными на каждом конце секции, имеющими, каждая из них, два смежных параллельных сквозных канала, один из которых осевой, а другой - периферийный, с помещенными в этих каналах с натягом шашками взрывчатого вещества - соответственно осевым и периферийным бустерами, взаимодействующими между собой боковой поверхностью, а между осевыми бустерами смежных секций - их торцами, при этом каждый из свободных торцев осевого и периферийного бустеров со стороны кумулятивных зарядов каждой из секций взаимодействуют с торцами детонирующих шнуров, помещенных частью в осевой и периферийный каналы эластичной втулки под натягом.

Кроме того:

кумулятивный секционный перфоратор выполнен корпусным (для повышения надежности его доставки без повреждений на заданную глубину скважины и повышения надежности срабатывания всех зарядов);

эластичная втулка выполнена с выступом по внешней поверхности со стороны торца секции, а соединение секции имеет соответствующую расточку под упомянутый выступ, при этом эластичная втулка помещена в соединении секции и его расточке с натягом (для повышения надежности крепления самой втулки, взаимодействующих с ней звеньев и повышения надежности работы кумулятивного секционного перфоратора в целом);

осевой и периферийный каналы эластичной втулки выполнены ступенчатыми по диаметру под размеры осевого и периферийного бустеров и детонирующих шнуров (для повышения степени взаимодействия детонирующих шнуров с бустерами, повышения надежности передачи детонации и повышения надежности работы кумулятивного секционного перфоратора в целом);

соединения секций кумулятивного секционного перфоратора выполнены в виде переходников или муфт, или по типу «труба в трубу»;

при соединении секций в виде муфт или по типу «труба в трубу» кумулятивный секционный перфоратор содержит крестовины для размещения в них эластичных втулок;

эластичные втулки выполнены из резины или полиуретана, или пенополиуретана, а диаметры их осевого и периферийного каналов для размещения соответствующих бустеров и детонирующих шнуров имеют размер на 1-3% меньше, чем диаметры упомянутых бустеров и детонирующих шнуров (для оптимизации взаимодействия детонирующих шнуров с бустерами);

муфта или переходник, соединяющая секции, имеет сквозной ступенчатый канал, в одном из которых размещена эластичная втулка с осевым и периферийным бустерами и детонирующими шнурами, а второй имеет диаметр не менее пяти диаметров детонирующего шнура (для свободного размещения детонирующих шнуров в своеобразном кармане, исключения их избыточного натяжения и нарушения необходимой степени взаимодействия с бустерами, обеспечивающего заданную надежность передачи детонации и срабатывания устройства в целом);

каждая из эластичных втулок имеет фиксатор детонирующих шнуров относительно бустеров (дополнительное средство фиксации детонирующих шнуров относительно бустеров);

в качестве заряда взрывчатого вещества бустеров выбран гексоген или октоген, или гексонитростильбен с плотностью 0,75-0,85 от плотности монокристалла этих взрывчатых веществ (выбраны в качестве оптимальных средств усиления детонации и повышения надежности работы устройства);

муфта или переходник выполнены разъемными из двух частей, которые при сборке секций имеют возможность соединения конической резьбой и герметизации резиновыми кольцами (для повышения надежности работы узла передачи детонации);

на внешней стороне эластичной втулки имеются равномерно расположенные продольные буртики треугольного сечения (для повышения надежности ее крепления и крепления взаимодействующих в ней узлов передачи детонации);

узел инициирования взрыва выполнен в виде взрывного патрона с электровзрывателем, помещенным в нижней или верхней секции таким образом, что основная навеска его взрывчатого вещества расположена напротив боковой поверхности навески взрывчатого вещества одного из бустеров, при этом электровзрыватель обеспечен электрической цепью (для повышения надежности срабатывания устройства).

На Фиг.1 изображен продольный разрез соединения секций кумулятивного секционного перфоратора.

На Фиг.2 показана схема электрической цепи в перфораторе из нескольких секций.

На Фиг.3 показана схема установки взрывного патрона типа ПВПД в эластичной втулке.

Кумулятивный секционный перфоратор включает ряд секций, соединенных между собой. Каждая из секций имеет каркас 1, на котором размещены кумулятивные заряды (условно не показаны). Кумулятивные заряды соединены детонирующими шнурами 2. Устройство имеет узлы приема-передачи детонации, размещенные в соединениях смежных секций. Каждый из узлов приема-передачи детонации образован сопряженными по торцам эластичными втулками 3, помещенными на каждом конце секции. Каждая из эластичных втулок 3 имеет два смежных параллельных сквозных канала. Один из этих каналов осевой, а другой - периферийный. В этих каналах с натягом помещены шашки взрывчатого вещества (усилители детонации) - бустеры и, соответственно, осевой бустер 4 - в осевом канале и периферийный бустер 5 - в периферийном канале. В качестве заряда взрывчатого вещества бустеров может быть использован гексоген или октоген, или гексонитростильбен. Осевой 4 и периферийный 5 бустеры взаимодействуют между собой боковой поверхностью. Между осевым бустером 4 и осевым бустером 6 смежных секций взаимодействие обеспечено по торцам упомянутых бустеров. Каждый из свободных торцов осевого 4 и периферийного бустера 5 со стороны кумулятивных зарядов каждой из секций взаимодействует с торцами 7, 8 детонирующих шнуров 2, помещенных частью, соответственно, в осевой и периферийный каналы эластичной втулки под натягом.

Дополнительно устройство может содержать корпус 9. Каждая из эластичных втулок 3 может иметь фиксатор 10 детонирующих шнуров 2 относительно осевого 4 и периферийного 5 бустеров. Этот фиксатор может быть выполнен, например, в виде хомута. Для фиксации эластичной втулки 3, например, в переходнике 11 на внешней ее стороне могут быть выполнены равномерно расположенные по боковой образующей продольные буртики 12 треугольного сечения, которые деформируются примерно наполовину при установке в переходнике 11.

Эластичная втулка 3 кроме осевого и периферийного каналов для, соответственно, осевого 4 и периферийного 5 бустеров имеет два дополнительных отверстия 13, в которые вставлены два уса кольцевого электрического контакта 14, отогнутые под 90° к плоскости контакта, имеющего осевое отверстие под бустер, третий ус контакта с присоединенным к нему электроводом 15 проходит через периферийное отверстие, что обеспечивает электроцепь к контакту на эластичной втулке следующей секции или к электрическому взрывному патрону 16, установленному в нижней или верхней секции кумулятивного секционного перфоратора. Для варианта спуска устройства на кабеле с электровзрыванием в один из основных каналов, осевой или периферийный, может быть установлен, например, осевой бустер 4, а во второй смежный с ним периферийный канал 5 может быть помещен, например, электрический взрывной патрон 16 таким образом, что его основная навеска взрывчатого вещества расположена напротив навески взрывчатого вещества бустера. Это может быть обеспечено, например, варьированием длины предназначенных для взаимодействия взрывчатых веществ именно в этой (нижней или верхней) секции кумулятивного секционного перфоратора. Такое решение обеспечивает надежную передачу детонации. С применением электрического взрывного патрона, например, предохранительного действия типа «ПВПД-Н» рекомендуется схема с его размещением в нижней секции. Электропровод от электрического взрывного патрона на массу 17 присоединен к металлической шпильке 18, например, в виде гвоздя, установленной с натягом в кольцевом зазоре, образованном благодаря продольным буртикам, между эластичной втулкой 3 и переходником 11. Эластичная втулка 3 может быть выполнена, например, с выступом 19 на внешней поверхности, под который соединение секций имеет соответствующую расточку. Один из каналов 20 соединения секций, например, в переходнике 11 может быть выполнен с диаметром не менее пяти диаметров детонирующего шнура.

Устройство работает следующим образом. Узлы приема-передачи детонации, собранные в эластичных втулках 3, устанавливают с одной стороны секции в каркасе 1 перфоратора с другой стороны секции, например, - в переходнике 11. При свинчивании отдельных секций детонационную цепь стыкуют. При этом непосредственный контакт происходит только в части осевых бустеров 4 и 6 по их торцам. Периферийные бустеры 5 при свинчивании секций располагают произвольно.

В известных конструкциях кумулятивных секционных перфораторов предусмотрено присоединение детонирующего шнура к электрическому взрывному патрону в торец и закатывание в дульце упомянутого патрона специальным приспособлением, что является опасной операцией и присоединение становится неразъемным. В данном изобретении (см. фиг.3) предусмотрена установка электрического взрывного патрона 11 в эластичную втулку. Бустер с детонирующим шнуром, например осевой бустер 4, установлен с натягом в осевом канале эластичной втулки. В другой канал - периферийный - с натягом установлен, например, дополнительно к периферийному бустеру 5, электрический взрывной патрон 11. Электропровод от электрического взрывного патрона 11 через одно из дополнительных отверстий 13 пропускают через устройство на электроввод, а другой провод 17 присоединяют к контактной шпильке 18 в форме гвоздя на массу. Такой вариант решения позволяет безопасно и быстро соединить, а при необходимости и отсоединить электрический взрывной патрон 16 патрон от детонационной цепи перфоратора.

Кумулятивный секционный перфоратор в сборе после установки к детонирующим шнурам электрического взрывного патрона 16, при спуске на кабеле, или стреляющей головки, при спуске на трубах (условно не показано), опускают в скважину.

В интервале перфорации электрический взрывной патрон 16 или стреляющая головка одновременно инициирует два детонирующих шнура. При взрыве электрического взрывного патрона 16 детонация надежно передается на один из бустеров. В случае, если детонация прошла только по периферийному бустеру 5, то через его боковую поверхность он обеспечит инициирование примыкающего осевого бустера 4, например, который, в свою очередь, задействует, например, осевой бустер 6 в следующей смежной секции. От него будет обеспечена детонация примыкающего периферийного бустера и, таким образом, снова будут задействованы обе нитки дублированной цепи всего кумулятивного секционного перфоратора.

Дублированную детонационную цепь можно также эффективно использовать для секционных кумулятивных перфораторов, спускаемых на трубах и допускающих использование механических взрывателей, которые могут быть установлены в верхней секции перфоратора. Этот случай предусматривает использование упомянутых перфораторов с более значительным количеством секций.

Спуск на кабеле предусматривает использование перфораторов с меньшим количеством секций и применением электрических взрывателей, установленных как в нижней секции, так и в верхней секции. В любом случае, в соответствии с изобретением, может быть предусмотрена особым образом выполненная дублированная детонационная цепь, обеспечивающая необходимую надежность и безопасность как обслуживания, так и приведения в действие кумулятивного секционного перфоратора с полным подрывом всех кумулятивных зарядов в заданном режиме взрыва.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при прострелочно-взрывных работах в скважинах для вторичного вскрытия продуктивных пластов. Техническим результатом изобретения является повышение надежности срабатывания кумулятивного секционного перфоратора в заданном режиме, а также безопасности работ. Сущность изобретения: перфоратор включает ряд секций, соединенных между собой. Каждая из секций имеет каркас, на котором размещены кумулятивные заряды, соединенные детонирующими шнурами, узел инициирования взрыва, узлы приема-передачи детонации, размещенные в соединениях смежных секций, каждый из которых образован сопряженными по торцам эластичными втулками, помещенными на каждом конце секции, имеющими, каждая из них, два смежных параллельных сквозных канала. Один из этих каналов осевой, а другой периферийный. В этих каналах помещены с натягом шашки взрывчатого вещества - соответственно осевой и периферийный бустеры, которые взаимодействуют между собой боковой поверхностью. Взаимодействие между осевыми бустерами смежных секций обеспечено по их торцам. При этом каждый из свободных торцов осевого и периферийного бустеров со стороны кумулятивных зарядов каждой из секций взаимодействует с торцами детонирующих шнуров, помещенных частью в осевой и периферийный каналы эластичной втулки под натягом. 12 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Кумулятивный секционный перфоратор, включающий ряд секций, соединенных между собой, каждая из которых имеет каркас, на котором размещены кумулятивные заряды, соединенные детонирующими шнурами, узел инициирования взрыва, узлы приема-передачи детонации, размещенные в соединениях смежных секций, каждый из которых образован сопряженными по торцам эластичными втулками, помещенными на каждом конце секции, имеющими, каждая из них, два смежных параллельных сквозных канала, один из которых осевой, а другой - периферийный, с помещенными в этих каналах с натягом шашками взрывчатого вещества - соответственно осевым и периферийным бустерами, взаимодействующими между собой боковой поверхностью, а между осевыми бустерами смежных секций - их торцами, при этом каждый из свободных торцев осевого и периферийного бустеров со стороны кумулятивных зарядов каждой из секций взаимодействуют с торцами детонирующих шнуров, помещенных частью в осевой и периферийный каналы эластичной втулки под натягом.

2. Кумулятивный секционный перфоратор по п.1, характеризующийся тем, что он выполнен корпусным.

3. Кумулятивный секционный перфоратор по п.1, характеризующийся тем, что эластичная втулка выполнена с выступом по внешней поверхности со стороны торца секции, а соединение секции имеет соответствующую расточку под упомянутый выступ, при этом эластичная втулка помещена в соединении секции и его расточке с натягом.

4. Кумулятивный секционный перфоратор по п.1 или 2, характеризующийся тем, что осевой и периферийный каналы эластичной втулки выполнены ступенчатыми по диаметру под размеры осевого и периферийного бустеров и детонирующие шнуры.

5. Кумулятивный секционный перфоратор по п.1, характеризующийся тем, что соединения его секций выполнены в виде переходников или муфт, или по типу «труба в трубу».

6. Кумулятивный секционный перфоратор по п.1, характеризующийся тем, что при соединении секций в виде муфт или по типу «труба в трубу» он содержит крестовины для размещения в них эластичных втулок.

7. Кумулятивный секционный перфоратор по п.1, характеризующийся тем, что эластичные втулки выполнены из резины, или полиуретана, или пенополиуретана, а диаметры их осевого и периферийного каналов для размещения соответствующих бустеров и детонирующих шнуров имеют размер на 1-3% меньше, чем диаметры упомянутых бустеров и детонирующих шнуров.

8. Кумулятивный секционный перфоратор по п.5, характеризующийся тем, что муфта или переходник, соединяющая секции, имеет сквозной ступенчатый канал, в одном из которых размещена эластичная втулка с осевым и периферийным бустерами и детонирующими шнурами, а второй имеет диаметр не менее пяти диаметров детонирующего шнура.

9. Кумулятивный секционный перфоратор по п.1, характеризующийся тем, что каждая из эластичных втулок имеет фиксатор детонирующих шнуров относительно бустеров.

10. Кумулятивный секционный перфоратор по п.1, характеризующийся тем, что в качестве заряда взрывчатого вещества бустеров выбран гексоген, или октоген, или гексонитростильбен с плотностью 0,75-0,85 от плотности монокристалла этих взрывчатых веществ.

11. Корпусный кумулятивный перфоратор по п.5, отличающийся тем, что муфта или переходник выполнены разъемными из двух частей, которые при сборке секций имеют возможность соединения конической резьбой и герметизации резиновыми кольцами.

12. Корпусный кумулятивный перфоратор по п.1, отличающийся тем, что на внешней стороне эластичной втулки имеются равномерно расположенные продольные буртики треугольного сечения.

13. Кумулятивный секционный перфоратор по п.1, характеризующийся тем, что узел инициирования взрыва выполнен в виде взрывного патрона с электровзрывателем, помещенным в нижней или верхней секции таким образом, что основная навеска его взрывчатого вещества расположена напротив боковой поверхности навески взрывчатого вещества одного из бустеров, при этом электровзрыватель обеспечен электрической цепью.