КУМУЛЯТИВНЫЙ ПЕРФОРАТОР Российский патент 2021 года по МПК E21B43/117 

Изобретение относится к прострелочно-взрывным работам в нефтяных и газовых скважинах.

Известно устройство формирования высокоскоростных кумулятивных струй для перфорации скважин с глубокими незапестованными каналами и с большим диаметром, включающее корпус с размещенным в нем профилированным зарядом взрывчатого вещества, имеющего кумулятивную выемку в его торце, противоположном месту приложения инициатора, и покрытую кумулятивной облицовкой из металла со средней толщиной стенки h, изменяющейся в пределах (0.007-0.075)D1 в зависимости от используемого материала, где D1 - внешний диаметр основания кумулятивной облицовки [RU 2412338 C1, МПК E21B 43/117, опубл. 2011]. При этом между вершиной и основанием кумулятивной облицовки (внутри нее) располагают одно или несколько дополнительных тел, по оси симметрии и соосно с облицовкой перед ее основанием на расстоянии L2 или L4 (по вариантам) может быть установлено второе дополнительное тело со сквозным отверстием, преимущественно конической формы для обеспечения скольжения по его поверхности материала кумулятивной облицовки, преобразования осевой скорости метания кумулятивной облицовки в радиальную скорость ее сжатия и увеличения угла схождения материала кумулятивной облицовки на ось симметрии заряда более 180 градусов, с плотностью материала не менее плотности материала кумулятивной облицовки. При этом внутренний диаметр входного отверстия в дополнительном теле составляет не менее D1, а диаметр выходного отверстия в дополнительном теле составляет не менее 0.6dкс, где dкс максимальный диаметр формируемой кумулятивной струи, при этом дополнительное тело и кумулятивная облицовка выполнены разборными (составными). Технический результат - повышение эффективности вторичного вскрытия продуктивных пластов, а также образование в пласте сетки трещин и обеспечение гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом при больших зонах загрязнения прискважинной зоны пласта. При инициировании бескорпусного или расположенного в корпусе заряда взрывчатого вещества с расположенной в торце заряда с противоположной стороны инициирования заряда выемкой, облицованной инертным материалом, осуществляется метание, ускорение и сжатие материала кумулятивной облицовки продуктами детонации взрывчатого вещества, его соударения на оси симметрии заряда и формирование кумулятивной струи. В процессе метания и сжатия кумулятивной облицовки осуществляется дополнительное воздействие на кумулятивную облицовку за счет принудительного взаимодействия кумулятивной облицовки с одним или несколькими дополнительными телами, их соударения и скольжения частей материала кумулятивной облицовки относительно дополнительного тела с одновременным разворотом частей материала кумулятивной облицовки на угол схождения на ось симметрии заряда более 180 градусов и не превышающей 360 градусов, соударения частей материала кумулятивной облицовки на оси симметрии заряда под углом более 180 градусов и не превышающим 360 градусов с формированием кумулятивной струи.

Однако в известном устройстве установкой дополнительных тел внутри кумулятивной выемки оказывается воздействие на кумулятивную облицовку через их соударение в процессе детонации взрывчатого вещества, при этом второе дополнительное тело со сквозным отверстием в виде конуса, вынесенное за пределы кумулятивной выемки оказывает дополнительное воздействие и служит для скольжения кумулятивной облицовки по его отверстию и обжатия. Это воздействие происходит при формировании кумулятивной струи до прохождения ей первой сплошной преграды в виде герметизирующей оболочки или корпуса перфоратора. Расстояние от заряда до сплошной преграды, при котором формируется кумулятивная струя с потенциалом максимального пробития, называется «фокусным расстоянием». Введение дополнительных тел в кумулятивный заряд может изменять фокусное расстояние, а значит и габаритный размер перфоратора, что в условиях скважины имеет ограничения. Процесс изготовления зарядов усложняется, повышается трудоемкость, причем работа происходит непосредственно с взрывчатыми веществами, что влечет повышение затрат на безопасность процесса. Преодоление кумулятивной струей сплошной преград, в виде герметизирующего корпуса кумулятивного перфоратора или индивидуальной герметизирующей оболочки оказывает на нее влияние - происходит снижение пробивной способности кумулятивной струи. Причем снижение характеристик струи зависит от толщины стенки герметизирующей оболочки и материала.

Известен способ получения составных кумулятивных струй в зарядах перфоратора, включающий инициирование заряда взрывчатого вещества с открытой полостью в форме сферического сегмента в теле заряда взрывчатого вещества в сторону полости, облицовку полости из различных материалов, при этом каждый последующий слой за слоем, примыкающий к полости заряда взрывчатого вещества, выполнен из материала с меньшей удельной массой относительно материала предыдущего слоя, метание облицовки продуктами взрыва, выворачивание облицовки по оси симметрии заряда в противоположную сторону направления своего движения, отрыв внутреннего слоя облицовки от внешнего, формирование составной кумулятивной струи из внутреннего слоя облицовки с максимальной скоростью, большей, чем максимальная скорость формируемой кумулятивной струи из внешнего слоя облицовки [RU 2542024 C1, E21B 43/117, опубл. 2015]. Облицовку выполняют слоистой с количеством слоев не менее двух, все слои выполняют раздельными и разнотолщинными, с уменьшением толщины слоя от центральной части к периферийной, а со стороны торца заряда с выемкой размещают осесимметричный полый преобразователь с внутренним профилем, выполненным преимущественно в форме усеченного конуса, сужающегося в направлении движения кумулятивных струй. В процессе метания и выворачивания кумулятивной облицовки последовательно дополнительно воздействуют на периферийную часть облицовки, сначала на облицовку из материала с меньшей плотностью, затем на облицовку с большей плотностью материала за счет их соударения и скольжения по внутренней поверхности преобразователя, преобразуя продольную скорость метания облицовки в радиальную скорость ее сжатия и обеспечивая увеличение глубины перфорационного канала.

В известном устройстве установкой со стороны торца заряда с выемкой осесимметричного полого преобразователя с внутренним профилем, выполненным преимущественно в форме усеченного конуса, сужающегося в направлении движения кумулятивных струй, оказывается воздействие на метаемые кумулятивные облицовки внутренним профилем преобразователя, при котором происходит их скольжение по профилю преобразователя, соударение, выворачивание и сжатие, с получением на выходе из отверстия преобразователя составных кумулятивных струй. Это воздействие происходит при формировании кумулятивной струи до прохождения ей первой сплошной преграды в виде герметизирующей оболочки или корпуса перфоратора. Задача по воздействию на первую и последующие кумулятивные струи после пробития первой сплошной преграды в виде герметизирующей оболочки заряда не ставится и не решается. А полый преобразователь с внутренним профилем значительно увеличивает габаритный размер кумулятивного заряда, что ограничивает его применение во внутреннем пространстве скважины.

Известен способ заканчивания скважин, включающий инициирование заряда взрывчатого вещества (ВВ) с расположенной в торце заряда с противоположной стороны инициирования заряда выемкой, облицованной инертным материалом, метание, ускорение и сжатие материала кумулятивной облицовки (КО) продуктами детонации ВВ, его соударение на оси симметрии заряда и формирование кумулятивной струи (КС) [RU 2546206 C1, МПК E21B 43/117, опубл. 2015]. В процессе метания и сжатия КО дополнительно воздействуют на КО за счет принудительного взаимодействия КО с одним или несколькими дополнительными телами (ДТ), их соударения и скольжения частей материала КО относительно ДТ с одновременным разворотом частей материала КО, соударения частей материала КО на оси симметрии заряда с формированием КС. ДТ или несколько ДТ изготавливают из химически активного вещества с плотностью не более плотности материала КО. Кумулятивный заряд устанавливают в обсадную колонну, производят инициирование химически активного вещества ДТ при его метании продуктами детонации ВВ и взаимодействии с КО, выполняют перфорационный канал в обсадной колонне и окружающем продуктивном пласте сформированной КС с одновременным занесением сформированной КС химически активного вещества и прирост поверхности фильтрации в окружающем перфорационный канал продуктивном пласте по всей его длине. Обеспечиваются увеличение продуктивности нефтяных скважин, а также разуплотнение перфорационного канала.

Дополнительное тело, выполненное из химически активного вещества, находится внутри герметичного корпуса заряда. Внесение дополнительных тел из химически активных веществ усложняет технологию изготовления заряда и требует значительных мер по соблюдению точности и безопасности процесса.

В известных решениях воздействие оказывается в момент формирования кумулятивной струи и именно в пределах фокусного расстояния (расстояния от заряда до преграды обеспечивающее максимальную пробивную способность). При этом взаимодействие при формировании кумулятивной струи происходит до прохождения ей первой сплошной преграды в виде герметизирующей оболочки или корпуса перфоратора. Введение дополнительных тел в кумулятивный заряд может изменить фокусное расстояние, а значит и габаритный размер перфоратора, что в условиях скважины имеет ограничения; также может изменить физические характеристики кумулятивной струи в положительную сторону (например, скорость и давление струи) и продуктов детонации в отрицательную (например, повышенное фугасное давление). Процесс изготовления зарядов усложняется, повышается трудоемкость, причем работа происходит непосредственно со взрывчатыми веществами, что влечет повышение затрат на безопасность процесса.

Общеизвестны кумулятивные перфораторы многоразового использования, состоящие из кумулятивных зарядов, размещенных в общем толстостенном корпусе, в котором напротив каждого кумулятивного заряда в стенке корпуса выполнены сквозные отверстия для выхода кумулятивной струи, сквозные отверстия герметизируются различными отдельными деталями, например металлическим опорным диском и резиновой пробкой [RU 2166618 C2, МПК E21B 43/117, опубл. 2001; Справочник по прострелочно-взрывной аппаратуре / под ред. Фридляндера Л.Я., М.: "Недра", 1990 г.].

Недостатком является необходимость герметизации каждого отверстия в корпусе, что усложняет конструкцию перфоратора и делает ее менее надежной и менее защищенной от возможной разгерметизации в ходе доставки устройства в интервал перфорации. Используемые для герметизации опорные диски должны выдерживать скважинное давление, следовательно, они изготавливаются из прочного материала, а при воздействии кумулятивной струи и продуктов детонации разрушаются (или пробиваются) и засоряют скважину. Применение опорных дисков с более низкой прочностью, неспособных защитить внутренне пространство перфоратора от скважинного давления, но выполненных из материалов способных эффективно взаимодействовать с кумулятивной струей и продуктами детонации, невозможно. Детали для герметизации не могут эффективно взаимодействовать с кумулятивной струей и продуктами детонации, оказывать влияние на качество и геометрические размеры перфоканала.

Известен кумулятивный перфоратор, содержащий корпус с кумулятивными зарядами и средствами инициирования в защитных оболочках и контейнеры, размещенные в отверстиях корпуса против кумулятивных выемок кумулятивных зарядов на расстоянии от торца каждого из кумулятивных зарядов не более фокусного [SU 1434837 A1, МПК E21B 43/117, опубл. 1999]. С целью повышения его эффективности за счет увеличения проницаемости перфорационных каналов при одновременном повышении надежности его работы каждый из контейнеров выполнен герметичным и заполнен обладающими свойством термического разложения с выделением кислоты кристаллами водорастворимой соли в жидком нерастворителе соли.

Недостатком является расположение герметичных контейнеров в пределах фокусного расстояния, т.е. внутри корпуса перфоратора, что может оказывать отрицательное влияние на процесс формирования кумулятивной струи. Герметичные контейнеры не являются дополнительными метаемыми элементами способными изменять геометрическую форму и/или размеры перфоканалов

В современных корпусных кумулятивных перфораторах однократного использования на общем герметизирующем корпусе напротив каждого кумулятивного заряда выполняют конструктивные элементы - выборки металла (или скэллопы) с целью понизить сопротивление преграды (корпуса перфоратора) прохождению кумулятивной струи. Но при прохождении кумулятивной струи через конструктивный элемент (скэллоп) возникает отражение сжимающего давления скважинной жидкости от боковой поверхности конструктивного элемента (скэллопа) на кумулятивную струю, что приводит к снижению пробивной способности кумулятивной струи. С целю предотвращения или снижения этого негативного эффекта в известном устройстве предложены технические решения позволяющие снизить или устранить отражение сжимающего давления от боковой поверхности скэллопа на кумулятивную струю: предложено размещение у боковой поверхности скэллопа амортизирующих кольцевых вставок или наносить амортизирующий материал на боковую поверхность скэллопа, герметизировать скэллоп колпачками для образования внутренней герметичной камеры в скэллопе заполненной воздухом, газом или жидкостью снижающими воздействие отраженного давления обжатия, так же предложено изменять геометрию скэллопа [US 6523474 В2; опубл. 2003].

Предложенные решения стремятся предотвратить взаимодействие (отрицательное) кумулятивной струи с конструктивным элементом (скэллопом), которое происходит в момент отражения сжимающего давления от стенок конструктивного элемента (скэллопа) на кумулятивную струю, но эти конструктивные решения сами по себе не позволяют увеличить возможности кумулятивного заряда в составе перфоратора по изменению геометрии перфоканала и его качества, а лишь предотвращают или снижают побочный негативный эффект от изготовления скэллопов на корпусе. Вставка из амортизирующего материала или нанесенный на боковую поверхность скэллопа амортизирующий материал не имеет прямого взаимодействия с кумулятивной струей и продуктами детонации, в связи с чем не повышаются возможности кумулятивного заряда в составе перфоратора по воздействию на обсадную колонну (если она есть) и на горную породу скважины

В другом варианте, воздух, жидкость или газ, находящиеся в герметичной камере внутри скэллопов, за герметизированных колпачками оказываются под воздействием кумулятивной струи и препятствуют отражению волн сжатия от боковой поверхности скэллопа, но взаимодействие, при котором повышаются возможности кумулятивного заряда в составе перфоратора тоже не происходит.

Предложенные варианты решений [US 6523474 В2] имеют смысл только для корпусных перфораторов, имеющих скэллопы на корпусе и корпус которых изготовлен из прочного металла, способного отражать сжимающее давление от боковой поверхности скэллопа на кумулятивную струю. Для бескорпусных перфораторов и корпусных без скэллопов на корпусе указанное решение не актуально. Дополнительные детали устанавливают только в конструктивном элементе корпуса (в скэлоппе), и не выходят за его пределы и габарит корпуса. Устанавливаемые в скэлолпе дополнительные детали имеют функционально иное предназначение и работают на предотвращение отрицательного взаимодействия кумулятивной струи с конструктивным элементом (скэллопом), которое происходит в момент отражения сжимающего давления от стенок конструктивного элемента (скэллопа) на кумулятивную струю, и не являются дополнительным метаемым элементом, позволяющим увеличить возможности кумулятивного заряда в составе перфоратора по изменению геометрии (формы и размеров) перфоканалов и их качества.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка кумулятивного перфоратора, обеспечивающего получение перфоканалов с улучшенными фильтрационными характеристиками и возможность изменения геометрической формы и/или размеров перфоканала, без вмешательства в конструкцию кумулятивного заряда и в процесс формирования кумулятивной струи при обжатии облицовки.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении эффективности работы кумулятивной струи по обсадной колонне (если она есть) и горной породе скважины, после прохождения ей сплошной преграды в виде герметизирующей оболочки индивидуальной для каждого кумулятивного заряда или общей для всех зарядов.

Указанный технический результат достигается тем, что в кумулятивном перфораторе, содержащем кумулятивные заряды, заключенные в индивидуальные для каждого заряда или в общую для всех зарядов герметизирующую оболочку, и средства инициации, особенностью является то, что напротив кумулятивного заряда на герметизирующей оболочке (снаружи или за фокусным расстоянием) установлен дополнительный метаемый элемент. Положением дополнительного метаемого элемента на герметизирующей оболочке, его формой, размерами и материалом определяется его взаимодействие или совместное действие с кумулятивной струей и продуктами детонации кумулятивного заряда, обеспечивающее получение перфоканала с заданными размерными и фильтрационными характеристиками. При этом дополнительный метаемый элемент установлен на герметизирующую оболочку без нарушения ее целостности. Герметизирующая оболочка обычно состоит из нескольких составных частей (например, общая для нескольких зарядов: корпус перфоратора, головка и наконечник, а индивидуальная оболочка заряда: корпус заряда и крышка заряда), поэтому под нарушением целостности герметизирующей оболочки следует понимать формирование сквозного отверстия в стенке герметизирующей оболочки напротив кумулятивного заряда. А для обеспечения надежной фиксации дополнительный метаемый элемент может быть углублен в герметизирующую оболочку без нарушения ее целостности.

Дополнительный метаемый элемент установлен соосно или со смещением относительно кумулятивного заряда.

Дополнительный метаемый элемент может иметь разнообразную геометрическую форму: или конуса, или диска, или линзы, или полусферы, или кольца, или сегмента фигуры, или сочетания различных фигур.

Дополнительный метаемый элемент может являться сборочной единицей, т.е. являться сочетанием различных или одинаковых (по форме и размерам) деталей изготовленных из одного или разных материалов.

Материал дополнительного метаемого элемента может являться многокомпонентным, т.е. изготовлен из смеси различных материалов (компонентов) или включать в себя слои из разных материалов (многослойный).

Материал дополнительного метаемого элемента может включать в себя химически активное вещество, т.е. под различные горно-геологические условия применения подбирается наиболее эффективное вещество способное вступать в химическую реакцию с окружающей средой после метания (например, плавиковая кислота для устранения остекленения).

Дополнительный метаемый элемент установлен на герметизирующей оболочке таким образом, что обеспечивает зазор между герметизирующей оболочкой перфоратора и стенкой скважины. В этом случае несколько дополнительных метаемых элементов установленных по кругу (с угловым шагом по диаметру перфоратора) выполняют функцию центрирования перфоратора в скважине, т.е. обеспечивают отсутствие прилегания перфоратора к стенке скважины, и тем самым снижают вероятность отражения ударных волн от стенки скважины на кумулятивную струю, возникающее в направлении заряда в случае прилегания перфоратора к стенке скважины при срабатывании перфоратора.

Дополнительный метаемый элемент может быть соединен с герметизирующей оболочкой неразъемным соединением. Дополнительный метаемый элемент можно устанавливать на герметизирующую оболочку перфоратора методом неразъемного соединения (прессования, вклеивания, сваривания и т.п.). Такой метод наиболее реализуем в заводских условиях.

Дополнительный метаемый элемент может быть соединен с герметизирующей оболочкой разъемным соединением с возможностью его замены под разные горно-геологические условия применения. Дополнительный метаемый элемент можно устанавливать на герметизирующую оболочку перфоратора методом разъемного соединения (резьбового, шлицевого, ласточкин хвост и т.п.) и тем самым обеспечивать быстросъемность дополнительного метаемого элемента. При необходимости, в зависимости от поставленных задач перед спуском перфоратора в интервал пласта, предлагаемое конструктивное решение обеспечивает возможность быстрой замены дополнительного метаемого элемента на более подходящий по форме и материалу. Повышается универсальность устройства.

Расположение дополнительного метаемого элемента на герметизирующей оболочке позволяет использовать материалы для его изготовления широкого диапазона прочностей, как с низкой прочностью, не способной защитить содержимое кумулятивного перфоратора от скважинного давления, так и с высокой прочностью.

В связи с тем, что в разных источниках информации одни и те же термины могут отличаться по смыслу, то в рамках настоящего изобретения под «фокусным расстоянием» следует понимать - расстояние от заряда до сплошной преграды в виде герметизирующей оболочки (корпуса перфоратора в корпусном исполнении перфоратора или индивидуальной герметичной оболочки заряда в бескорпусном исполнении перфоратора), при котором формируется кумулятивная струя.

Взаимодействие дополнительного метаемого элемента с кумулятивной струей и продуктами детонации происходит за фокусным расстоянием или после преодоления преграды в виде герметизирующей оболочки.

После преодоления головной частью струи преграды (герметизирующей оболочки) в зависимости от размеров, формы и состава дополнительного метаемого элемента, происходит взаимодействие кумулятивной струи с дополнительным метаемым элементом, но в ряде случаев дополнительный метаемый элемент не оказывает существенного воздействия на саму сформированную кумулятивную струю (то есть не изменяет ее параметры), однако при этом дополнительный метаемый элемент совершает совместную с кумулятивной струей работу для получения перфоканала в обсадной и в горной породе скважины требуемого качества, следовательно, такое воздействие нужно рассматривать как «взаимодействие», так и «совместное воздействие».

В известных решениях [RU 2412338 C1, RU 2542024 C1, RU 2546206 C1] применяют дополнительные тела для оказания воздействия на кумулятивную струю в целях получения лучших характеристик перфоканала, однако в отличие от заявляемого решения дополнительные тела устанавливают до первой сплошной преграды, внутри кумулятивного заряда и герметизирующей оболочки, оказывают воздействие на кумулятивную струю в процессе ее формирования. В заявляемом решении улучшение характеристик перфоканала достигается без вмешательства в конструкцию кумулятивного заряда и в процесс формирования кумулятивной струи при обжатии облицовки.

Предлагаемое техническое решение применимо во всех типах кумулятивных перфораторов, имеющих общую для всех зарядов или индивидуальную для каждого заряда герметизирующую оболочку. Возможна реализация указанного решения и в многоразовых перфораторах. При этом дополнительный метаемый элемент может устанавливаться на корпус перфоратора, после закрытия сквозного отверстия герметизирующими деталями (опорным диском и резиновой пробкой) перед применением. Но это решение не является предпочтительным, так как скважина будет засоряться прочными деталями для герметизации отверстий в корпусе, снижать эффективность работы производимой дополнительным метаемым элементом (в этом случае детали герметизации будут соударяться с дополнительным метаемым элементом, снижая его эффективность).

Изобретение поясняется иллюстративными материалами, где: на фиг. 1 представлен кумулятивный заряд, на фиг. 2, 3 - несколько зарядов.

Для наглядности на фиг. 1 представлен один из зарядов бескорпусного кумулятивного перфоратора, состоящий из взрывчатого вещества 1 (ВВ), расположенного в индивидуальной герметизирующей оболочке 2 (состоящей из двух составных частей) и кумулятивной выемки конической формы, облицованной материалом (чаще всего металлом), - облицовки заряда 3, средство инициации - детонирующий шнур 4 прикреплен к задней части герметизирующей оболочки 2, а напротив кумулятивной выемки конической формы облицованной материалом облицовки заряда 3 соосно с ней на герметизирующей оболочке 2 расположен дополнительный метаемый элемент 5 (ось кумулятивной выемки совпадает с центральной осью дополнительного метаемого элемента, что обусловлено формой и размерами получаемого перфоканала). На фиг. 1 показан дополнительный метаемый элемент 5, выполненный, в качестве примера, в форме усеченного конуса с вогнутым по радиусу герметизирующей оболочки 2 основанием. Дополнительный метаемый элемент 5 может иметь любую подходящую для решения задачи форму и состоять из одной или нескольких деталей, состоять из одного или нескольких материалов, что определяется формой и размерами получаемого перфоканала.

На фиг. 2 представлены несколько зарядов бескорпусного кумулятивного перфоратора с дополнительными метаемыми элементами 5 различных геометрических форм в виде: вогнутой по радиусу герметизирующей оболочки 2 линзы 6 с разъемным соединением 7 (резьбовое соединение), кольца 8 треугольного сечения, вогнутого по радиусу герметизирующей оболочки 2 диска 9.

На фиг. 3 представлен корпусной кумулятивный перфоратор с несколькими зарядами с дополнительными метаемыми элементами различных форм, состоящий из взрывчатого вещества 1 (ВВ), расположенного в корпусе 10 заряда и кумулятивной выемки конической формы облицованной материалом (чаще всего металлом) - облицовки заряда 3, средство инициации - детонирующий шнур 4 прикреплен к задней части корпуса 10 заряда, заряды зафиксированы каркасе 11 в виде трубы и расположены в единой герметизирующей оболочке 12 (в герметичном корпусе перфоратора). Напротив кумулятивной выемки каждого заряда на герметизирующей оболочке 12 корпусе перфоратора расположены дополнительные метаемые элементы 5 различных форм: в виде линзы, состоящей из двух компонентов: наружной оболочки 13 (из металла) и химически активного вещества 14 (кислоты в сухом виде) внутри оболочки 13; виде кольца 15 круглого сечения, частично углубленного в герметичный корпус перфоратора; в виде пластины 16 с со сложным профилем и установленной со смещением А от оси кумулятивного заряда, что обусловлено формой и размерами получаемого перфоканала.

Устройство работает следующим образом.

Геологическая служба определяет скважину и интервал перфорации пласта, определяет подходящий кумулятивный перфоратор с кумулятивными зарядами, обеспечивающий получение перфоканалов с основными (базовыми) параметрами. В связи с планируемыми геолого-техническими мероприятиями и горно-геологическими условиями определяют параметры улучшения (изменения) основных (базовых) параметров перфоканалов.

Исполнитель работ в соответствии с заданием геологической службы подбирает (у производителя кумулятивного перфоратора) подходящие для выполнения задачи дополнительные метаемые элементы к перфоратору. При выполнении работ, перед спуском в скважину к перфоратору к герметизирующей оболочке присоединяют (посредством разъемного соединения) дополнительный метаемый элемент. А при варианте использования перфоратора с неразъемным соединением дополнительного метаемого элемента с герметизирующей оболочкой получают от изготовителя уже в собранном виде. Затем производят доставку перфоратора в скрываемый интервал пласта, с последующей инициацией детонации зарядов. Кумулятивный заряд формирует кумулятивную струю до герметизирующей оболочки, пробивает отверстие в оболочке или разрывает оболочку и взаимодействует с дополнительным метаемым элементом с метанием его в направлении пласта и с образованием в призабойной зоне пласта перфоканалов требуемой формы, размеров и фильтрационных характеристик.

Пример. Планируется произвести вскрытие пласта, которое обеспечит на первом этапе его освоения эффективный приток флюида из призабойной зоны пласта через перфоканал в скважину, а на втором этапе после отбора флюида из ближней зоны пласта - произвести гидроразрыв пласта (ГРП) с закачкой расклинивающего агента (проппанта) через эти же перфоканалы в пласт для добычи флюида из дальней от забоя скважины зоны пласта. Для этих целей подбирают кумулятивный перфоратор с кумулятивными зарядами, обеспечивающий получение перфоканалов с базовыми параметрами наиболее подходящими для решения поставленных задач. И определяют параметры улучшенного перфоканала. Так для наиболее эффективного обеспечения первого этапа нужно разуплотнить поверхность перфоканала для обеспечения наилучшей фильтрации флюида. А для второго требуется более эффективная подача расклинивающего агента в пласт при ГРП, площадь входного отверстия в обсадной колоне скважины нужно увеличить от площади отверстия базового перфоканала на 30% и на треть глубины перфоканала в породе. Таким образом, если базовый перфоканал в продольном сечении имеет форму конуса, то улучшенный - форму ступенчатого конуса. Для этих целей подбирают многокомпонентный дополнительный метаемый элемент в форме линзы (хотя могут быть эффективны и другие формы в зависимости от условий применения), оболочка линзы формирует вторую улучшенную ступень конуса перфоканала и состоит из одного материала (полученного, например, спеканием смеси металлических порошков алюминия и меди с неметаллическим порошком), а внутри оболочки для разуплотнения уплотненной поверхности перфоканала второй материал - химически активное вещество (кислота в сухом виде). Дополнительные метаемые элементы устанавливают на герметичный корпус перфоратора перед спуском, производят спуск, инициацию отстрела перфоратора. Кумулятивная струя формируется внутри перфоратора, преодолевает первую сплошную преграду (в виде герметизирующей оболочки), взаимодействует с дополнительным метаемым элементом, с метанием его в направлении пласта и с образованием в призабойной зоне пласта перфоканала. При этом оболочка подобранной геометрической формы (изображенная, например, фиг. 3 поз.13) дополнительного метаемого элемента создает в обсадной колоне и в горной породе на треть глубины базового перфоканала вторую ступень конуса увеличенного размера, а химически активное вещество (фиг. 3 поз. 14) заносится в перфоканал и начинает воздействовать на уплотненную поверхность перфоканала, нарушая ее.

Изобретение позволяет повысить пробивную способность перфоратора без изменения количества ВВ в кумулятивном заряде, без изменения конструкции заряда и его облицовки, позволяет не увеличивать давление в перфораторе (в герметизирующем общем корпусе перфоратора или в индивидуальной герметизирующей оболочке) при получении перфоканалов большого диаметра, так как дополнительный метаемый элемент, установленный на герметизирующей оболочке, позволяет изменять форму и размеры перфоканала и его фильтрационный характеристики. Благодаря такому конструктивному решению можно получать перфоканалы в обсадной и горной породе скважины большего размера, чем кумулятивная струя, образуемая зарядом, и большего диаметра, чем отверстие от кумулятивной струи в герметизирующей оболочке. При использовании заявляемого кумулятивного перфоратора повышается безопасность проведения прострелочно-взрывных работ.

Изобретение относится к прострелочно-взрывным работам в нефтяных и газовых скважинах. Кумулятивный перфоратор содержит кумулятивные заряды, заключенные в индивидуальные для каждого заряда или в общую для всех зарядов герметизирующую оболочку, и средства инициации. На герметизирующей оболочке напротив каждого кумулятивного заряда установлен дополнительный метаемый элемент. Обеспечивается повышенная эффективность работы кумулятивной струи после прохождения ей сплошной преграды в виде герметизирующей оболочки, с получением лучших фильтрационных характеристик перфоканала и с возможностью изменения геометрической формы и/или размеров перфоканала в зависимости от используемого дополнительного метаемого элемента. Эффективность достигается без размещения внутри кумулятивного заряда дополнительных тел и химически активных веществ. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Кумулятивный перфоратор, содержащий кумулятивные заряды, заключенные в индивидуальные для каждого заряда или в общую для всех зарядов герметизирующую оболочку, и средства инициации, отличающийся тем, что содержит дополнительный метаемый элемент, который установлен напротив кумулятивного заряда на герметизирующей оболочке.

2. Кумулятивный перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный метаемый элемент установлен таким образом, что сохранена целостность герметизирующей оболочки.

3. Кумулятивный перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный метаемый элемент установлен соосно или со смещением относительно кумулятивного заряда.

4. Кумулятивный перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный метаемый элемент имеет разнообразную геометрическую форму: или конуса, или диска, или линзы, или полусферы, или кольца, или сегмента фигуры, или сочетания различных фигур.

5. Кумулятивный перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный метаемый элемент является сборочной единицей.

6. Кумулятивный перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что материал дополнительного метаемого элемента является многокомпонентным.

7. Кумулятивный перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что материал дополнительного метаемого элемента включает химически активное вещество.

8. Кумулятивный перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный метаемый элемент установлен таким образом, что обеспечивается зазор между герметизирующей оболочкой перфоратора и стенкой скважины.

9. Кумулятивный перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный метаемый элемент соединен с герметизирующей оболочкой неразъемным соединением.

10. Кумулятивный перфоратор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительный метаемый элемент соединен с герметизирующей оболочкой разъемным соединением с возможностью его замены под разные горно-геологические условия применения.