МОДУЛЬНЫЙ ПЕРФОРАТОР Российский патент 2018 года по МПК E21B43/117 

Изобретение относится к кумулятивным корпусным перфораторам и предназначено для осуществления перфорирования стенок скважин.

Известен кумулятивный скважинный перфоратор [RU 2081305, МПК Е21В 43/117, опубл. 10.06.1997 г.], содержащий отдельные модули, соединенные между собой узлами соединения модулей, каждый из модулей имеет кумулятивные заряды и детонационные цепи на основе детонирующих шнуров, соединенные между собой, каждый узел соединения модулей выполнен в виде двух частей, соединенных между собой разъемным шарнирным соединением (сферическим ложементом и сферической головкой, расположенной внутри него), в первой части узла соединения (ложементе) установлен передаточный заряд, соединенный через первый приемный заряд с детонирующим шнуром первого модуля, во второй части узла соединения (головке) установлен второй приемный заряд, соединенный с детонирующим шнуром второго модуля. В данном перфораторе герметичность модулей в зоне передаточного и приемного зарядов обеспечивается сферическими тонкостенными перегородками, конструктивно оформленными в виде накладки в ложементе и втулки в сферической головке. Для повышения надежности передачи детонации между приемным зарядом и втулкой заложен конструктивный зазор.

Однако недостатком аналога является недостаточно высокая надежность срабатывания, обусловленная тем, что наличие дополнительных конструктивных элементов (накладки и втулки) отрицательно сказывается на герметичности модулей и соответственно на надежности срабатывания. В случае разгерметизации модулей произойдет разрушение корпуса перфоратора и создание аварийной ситуации.

Известен кумулятивный скважинный перфоратор [RU 2120028, МПК Е21В 43/117, опубл. 10.10.1998 г.], содержащий отдельные модули, соединенные между собой узлами соединения модулей, каждый из модулей имеет кумулятивные заряды и детонационные цепи на основе детонирующих шнуров, соединенные между собой, каждый узел соединения модулей выполнен в виде двух частей, соединенных между собой разъемным шарнирным соединением, в первой части узла соединения установлен передаточный заряд, соединенный через первый приемный заряд с детонирующим шнуром первого модуля, во второй части узла соединения установлен второй приемный заряд, соединенный с детонирующим шнуром второго модуля. В данном перфораторе вторая часть узла соединения выполнена в виде головки фигурной формы, содержащей демпфер, шейку, концентратор напряжения и несущий элемент. При этом шейка выполнена разрушаемой при детонации устройства, для чего концентратор напряжения головки фигурной формы расположен между демпфером и несущим элементом и выполнен в виде усеченного конуса, меньшее основание которого направлено в сторону демпфера, что позволяет осуществлять разрушение шейки в определенном месте и обеспечивать сохранность несущего элемента.

Недостатком данного аналога является недостаточно высокая надежность срабатывания, обусловленная тем, что разрушение шейки может привести к заклиниванию ее в узле соединения.

Известен модульный перфоратор [RU 2519088, МПК Е21В 43/117, опубл. 10.06.2014 г.], содержащий отдельные модули, соединенные между собой узлами соединения модулей, каждый из модулей имеет кумулятивные заряды и детонационные цепи на основе детонирующих шнуров, соединенные между собой, каждый узел соединения модулей выполнен в виде двух частей, соединенных между собой разъемным шарнирным соединением, в первой части узла соединения установлен передаточный заряд, связанный через первый приемный заряд с детонирующим шнуром первого модуля, во второй части узла соединения установлен второй приемный заряд, соединенный с детонирующим шнуром второго модуля. В первой части узла соединения модулей выполнено глухое отверстие с резьбой на части отверстия, в котором размещена амортизирующая втулка, внутри которой размещен передаточный кумулятивный заряд. Амортизирующая втулка компенсирует часть нагрузки от взрыва передаточного кумулятивного заряда и передачу нагрузки на стенки первой части, что повышает надежность срабатывания. Данное устройство взято за прототип.

Однако недостатком прототипа является недостаточно высокая надежность срабатывания узла передачи детонации между модулями, обусловленная тем, что наличие передаточного кумулятивного заряда в амортизирующей втулке неблагоприятно сказывается на целостности узла соединения после срабатывания. В случае разгерметизации модулей (попадание жидкости из скважины) не происходит передачи детонации от приемного заряда к передаточному. Кроме того, вторая часть узла соединения при срабатывании кумулятивного заряда в первой части узла может деформироваться под действием кумулятивной струи и заклиниваться, приводя к аварийной ситуации.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности срабатывания узла передачи детонации между модулями.

Технический результат достигается тем, что модульный перфоратор, содержащий отдельные модули, соединенные между собой узлами соединения модулей, каждый из модулей имеет кумулятивные заряды и детонационные цепи на основе детонирующих шнуров, соединенные между собой, каждый узел соединения модулей выполнен в виде двух частей, соединенных между собой разъемным шарнирным соединением, в первой части узла соединения установлен передаточный заряд, связанный через первый приемный заряд с детонирующим шнуром первого модуля, во второй части узла соединения установлен второй приемный заряд, соединенный с детонирующим шнуром второго модуля, согласно изобретению на верхней части второй части узла соединения герметично закреплена цельнометаллическая тонкостенная пробка-заглушка, в осевом канале которой установлен приемно-передаточный заряд, к торцу которого со стороны второго приемного заряда прикреплен металлический диск, при этом заглушка имеет на торце изнутри осевую выемку, передаточный заряд относительно первого приемного заряда и приемно-передаточный заряд относительно второго приемного заряда установлены с гарантированными для передачи детонации воздушными зазорами.

Наличие на верхней части второй части узла соединения герметично закрепленной цельнометаллической тонкостенной пробки-заглушки, в осевом канале которой установлен приемно-передаточный заряд, при этом заглушка имеет на торце изнутри осевую выемку (выборку), обеспечивает гарантированную деформацию торцевой части заглушки при срабатывании передаточного заряда и контакт сдеформировавшейся части заглушки с торцевой поверхностью приемно-передаточного заряда, обеспечивая его инициирование, приводящее к гарантированному разрушению заглушки, которое позволяет избежать заклинивания второй части узла соединения в первой части узла соединения, обеспечивая надежность работы устройства.

Прикрепление к торцу приемно-передаточного заряда со стороны второго приемного заряда металлического диска обеспечивает устойчивую и надежную передачу ударного импульса ко второму приемному заряду за счет «метания» продуктами взрыва диска к нему после инициирования приемно-передаточного заряда, обеспечивая гарантированное инициирование второго приемного заряда и в итоге надежную передачу детонации от модуля к модулю перфоратора.

Установка передаточного заряда относительно первого приемного заряда и приемно-передаточного заряда относительно второго приемного заряда с гарантированными для передачи детонации воздушными зазорами гарантирует отсутствие передачи детонации в случае разгерметизации модуля и заполнения его жидкостью, предохраняя модуль от чрезмерного «раздутия» и создания аварийной ситуации на скважине.

Для сохранения положения приемно-передаточного заряда с диском от смещения при опускании модулей перфоратора в скважину вторая часть узла соединения дополнительно снабжена металлической втулкой, упирающейся торцом в диск.

Наличие в заявляемом изобретении совокупности признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется общим видом узла соединения модулей модульного перфоратора (вид в продольном сечении).

Устройство выполнено следующим образом.

Модульный перфоратор (фиг.) содержит отдельные модули 1,2, соединенные между собой узлами соединения модулей с выполнением функций механического прочного соединения и передачи детонации между соседними модулями.

Каждый из модулей имеет соединенные между собой кумулятивные заряды 3 и детонационные цепи на основе детонирующих шнуров 4, 5. Каждый узел соединения модулей выполнен в виде двух частей 6, 7, соединенных между собой разъемным шарнирным соединением. В первой части узла соединения - части 6 (выполненной в виде сферического ложемента), закреплен при помощи клея передаточный заряд 8, принимающий детонацию через воздушный зазор Δ₁ от первого приемного заряда 9, соединенного с детонирующим шнуром 4 детонационной цепи первого модуля перфоратора. Во второй части узла соединения - части 7 (выполненной в виде головки фигурной формы, размещенной внутри ложемента) установлен второй приемный заряд 10, соединенный с детонирующим шнуром 5 второго модуля перфоратора.

На верхней части фигурной головки 7 ввернута по резьбе цельнометаллическая тонкостенная пробка-заглушка 11, дополнительно снаружи закрепленная сваркой для герметичности. В осевом канале 12 заглушки 11 вплотную к ее торцевой части установлен и закреплен при помощи клея приемно-передаточный заряд 13. К торцу заряда 13 со стороны заряда 10 прикреплен алюминиевый диск 14. Заряд 13 представляет собой два алюминиевых колпачка, снаряженных насыпным взрывчатым веществом, уплотненным до плотности 0,9-1,2 г/ см³. На торце заглушки 11 изнутри выполнена осевая цилиндрическая выемка 15 с диаметром, максимально приближенным к диаметру заряда 13, и глубиной, максимально допустимой для сохранения целостности торца заглушки 11, для создания тонкой перегородки, деформация которой при срабатывании заряда 8 гарантирует ее контакт с торцевой поверхностью заряда 13 для его гарантированного инициирования. Заглушка 11 является демпфером от взрывной нагрузки на часть 2 модуля перфоратора и разрушается при срабатывании заряда 13. Заряд 13 установлен с гарантированным для передачи детонации воздушным зазором Δ₂ относительно заряда 10.

Для сохранения положения заряда 13 с диском 14 от смещения при опускании модулей перфоратора в скважину часть 7 узла соединения дополнительно снабжена металлической втулкой 16, упирающейся в диск 14. Втулка 16 закреплена в шейке фигурной головки 7 при помощи клея. Диск 14 выполнен диаметром меньше диаметра канала 12.

Устройство работает следующим образом.

После установки и снаряжения зарядами модулей перфоратора осуществляют соединение модулей 1,2 посредством разъемного шарнирного соединения узла соединения. Соединение модулей может быть осуществлено перед опусканием в скважину. Количество секций-модулей в перфораторе определяется размерами пластов и конфигурацией скважины, инициирующий импульс через детонирующее устройство передается сверху вниз. После достижения опускаемым в скважину модульным перфоратором требуемого места его расположения инициируют капсюль-детонатор, установленный в специальном переходнике (не показано) начала гирлянды секций- модулей перфоратора. Капсюль-детонатор передает ударный импульс на приемно-передаточный заряд 13 в фигурной головке 17 первого модуля перфоратора, инициирует его и далее передается детонационная волна, которая распространяется вдоль перфоратора от первого модуля ко второму по детонирующим шнурам 4, 5.

Передаточный заряд 8, принимающий детонацию через воздушный зазор Δ₁ от первого приемного заряда 9, передает детонацию на приемно-передаточный заряд 13 и через воздушный зазор Δ₂ - на второй приемный заряд 10, соединенный с детонирующим шнуром 5. Передающий детонацию заряд 8 при срабатывании «метает» тонкую перегородку A на тонкий за счет выемки 15 торец заглушки 11, сминая его и инициируя заряд 13. После срабатывания заряда 13 происходит разрушение заглушки 11, после инициирования заряда 13 продукты взрыва «метают» диск 14 вдоль канала втулки 16. Диск 14 ударом возбуждает детонацию в заряде 10 и затем в детонирующем шнуре 5. Таким образом, происходит гарантированное срабатывание устройства, устойчивая и надежная передача детонации от модуля 1 к модулю 2 перфоратора.

Результаты проведенных испытаний узла соединения и передачи детонации модульного перфоратора подтверждают повышение надежности срабатывания. В результате испытаний выявлено, что детонация от одного модуля к другому (в головку) передается стабильно, во всех опытах заглушка полностью разрушается, узел соединения перфоратора после испытаний разбирается без усилий.

Итак, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

- устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, относится к кумулятивным корпусным перфораторам и предназначено для осуществления перфорирования стенок скважин;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить повышение надежности срабатывания узла передачи детонации между модулями;

- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение относится к кумулятивным корпусным перфораторам и предназначено для осуществления перфорирования стенок скважин. Перфоратор содержит отдельные модули, соединенные между собой узлами соединения модулей, каждый из которых имеет кумулятивные заряды и детонационные цепи на основе детонирующих шнуров, соединенные между собой. Каждый узел соединения модулей выполнен в виде двух частей, соединенных между собой разъемным шарнирным соединением. В первой части узла соединения установлен передаточный заряд, связанный через первый приемный заряд с детонирующим шнуром первого модуля. Во второй части узла соединения установлен второй приемный заряд, соединенный с детонирующим шнуром второго модуля. На верхней части второй части узла соединения герметично закреплена разрушаемая цельнометаллическая тонкостенная пробка-заглушка, в осевом канале которой установлен приемно-передаточный заряд. К торцу приемно-передаточного заряда со стороны второго приемного заряда прикреплен металлический диск, при этом заглушка имеет на торце изнутри осевую выемку. Передаточный заряд относительно первого приемного заряда и приемно-передаточный заряд относительно второго приемного заряда установлены с гарантированными для передачи детонации воздушными зазорами. Обеспечивается повышение надежности срабатывания узла передачи детонации между модулями. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Модульный перфоратор, содержащий отдельные модули, соединенные между собой узлами соединения модулей, каждый из модулей имеет кумулятивные заряды и детонационные цепи на основе детонирующих шнуров, соединенные между собой, каждый узел соединения модулей выполнен в виде двух частей, соединенных между собой разъемным шарнирным соединением, в первой части узла соединения установлен передаточный заряд, связанный через первый приемный заряд с детонирующим шнуром первого модуля, во второй части узла соединения установлен второй приемный заряд, соединенный с детонирующим шнуром второго модуля, отличающийся тем, что на верхней части второй части узла соединения герметично закреплена разрушаемая цельнометаллическая тонкостенная пробка-заглушка, в осевом канале которой установлен приемно-передаточный заряд, к торцу которого со стороны второго приемного заряда прикреплен металлический диск, при этом заглушка имеет на торце изнутри осевую выемку, передаточный заряд относительно первого приемного заряда и приемно-передаточный заряд относительно второго приемного заряда установлены с гарантированными для передачи детонации воздушными зазорами.

2. Модульный перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что вторая часть узла соединения дополнительно снабжена металлической втулкой, упирающейся торцом в диск.