Кумулятивный перфоратор Российский патент 2022 года по МПК E21B43/117 

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

Известен кумулятивный перфоратор для скважины, содержащий каркас из металлических стержней, установленных по длине перфоратора, кумулятивные заряды размещенные в каркасе с выполненными в них проточками по боковой поверхности для фиксирования зарядов в стержнях каркаса, узел инициирования кумулятивных зарядов и средства экранирования взрывов, служащих также дополнительными средствами фиксации кумулятивных зарядов и стрежней каркаса в заданном положении [RU 2241115 С1, МПК Е21В 43/117, опубл. 2004]. Смежные кумулятивные заряды смещены друг относительно друга, по меньшей мере, в поперечном сечении перфоратора, на каждом шаге установки этих зарядов по длине перфоратора на одинаковый и/или разный угол в одном и/или разных направлениях отсчета угла.

Известный перфоратор обеспечивает увеличение плотности вскрытия пласта скважины при максимальном использовании рабочих параметров кумулятивных зарядов за счет снижения или исключения негативных эффектов взаимного влияния взрывов смежных зарядов, а также возможность сборки зарядов в любых условиях практически любой длины, с любой ориентацией и взаимным расположением кумулятивных зарядов. Однако снижение негативных эффектов взаимного влияния взрывов смежных зарядов достигается не ориентацией кумулятивных зарядов (их угловым смещением или фазированием), а введением в конструкцию каркаса дополнительных деталей, расположенных между зарядами - средств экранирования. За счет углового смещения зарядов на каждом шаге их установки регулируется плотность расположения зарядов на один погонный метр перфорации. Указанное в описании и уточненное в зависимых пунктах формулы постоянное угловое смещение 60°, 90°, 120° или чередующееся угловое смещение 30° и 90°, а также средства экранирования не способны снизить, устранить или локализовать следующие проблемы кумулятивной перфорации: негативное разрушающее воздействие («нагрузку» или «фугасную нагрузку») оказываемое на несущую конструкцию (особенно на корпус) перфоратора и на скважину при его срабатывании; формирование перфоканалами и воздействием продуктов взрыва в цементном кольце скважины и в горной породе дефектов - линий наименьшего сопротивления перетоку флюида (сокращенно ЛНСП) в виде сообщающихся трещин в цементном кольце и в горной породе (точнее в месте контакта цементного кольца с горной породой) или сообщающихся отслоений цементного кольца от обсадной трубы и горной породы вдоль перфорируемого интервала, по которым происходит раннее обводнение извлекаемого флюида при повышении уровня водонефтяного контакта (далее ВНК) до уровня перфорационных отверстий; формирование в цементном кольце скважины и в горной породе не надежных перемычек между перфоканалами, ведущих к заколонным перетокам флюида и не позволяющим эффективно воздействовать на продуктивный пласт (например, газодинамическим или гидравлическим разрывом пласта).

Известен зарядный модуль кумулятивного перфоратора однократного применения, содержащий каркас с посадочными местами для ориентации кумулятивных зарядов и средства инициирования зарядов [RU 2307236 C1, МПК E21B 43/117, опубл. 2007.09.27]. Указанный каркас представляет собой трубу, в которой установленные кумулятивные заряды имеют парную ориентацию, при этом два заряда, образующие пару, расположены относительно друг друга под углом 180°, а посадочные места для нижележащих соседних пар кумулятивных зарядов расположены в каркасе таким образом, что первое посадочное место заряда в вышележащей паре имеет тупой или острый угол смещения относительно первого посадочного места заряда нижележащей пары.

Известен кумулятивный перфоратор однократного применения содержащий герметичный корпус, внутри корпуса расположена перфорированная труба для ориентации кумулятивных зарядов и средства инициирования зарядов, кумулятивные заряды имеют парную ориентацию [RU 2313658 C1, МПК E21B 43/117, опубл. 2007.12.27]. При этом два заряда, образующие пару, расположены относительно друг друга под углом в 180°, а ниже идущая соседняя пара кумулятивных зарядов расположена относительно верхней пары зарядов под острым или тупым углом.

Известные зарядный модуль и кумулятивный перфоратор обеспечивают высокую надежность и повышение кумулятивного эффекта за счет попарного расположения кумулятивных зарядов. Но заряды в перфораторе расположены только парами и не предполагается сочетание в одном перфораторе групп зарядов, имеющих стандартное одинаковое угловое смещение зарядов друг относительно друга и групп зарядов, имеющих иное группирование, что не может соответствовать всем горно-геологическим условиям применения. Для достижения технического результата указанного в известных изобретениях необходимо как минимум две пары, то есть четыре кумулятивных заряда. При этом угол между зарядами в паре ограничен 180-ю градусами и в сочетании с неверно назначенным углом или неверно выбранным значением из диапазонов угла между парами зарядов указанных в формуле, приведет к негативным последствиям (проблемам) как для перфоратора, так и для скважины. Проблемы кумулятивной перфорации перечислены выше (у первого аналога). Для оптимального распределения продуктов взрыва внутри перфоратора угол 180° не всегда эффективен, а его эффективность напрямую зависит значения величины (или диапазона величин) углового смещения соседней пары зарядов. Условием снижения негативного разрушающего воздействия внутри перфоратора является правильно подобранное сочетание углов или их диапазонов. Значение прямого угла в паре или между парами зарядов не предусмотрено.

Известен кумулятивный перфоратор однократного применения, содержащий герметичный корпус, внутри корпуса расположен каркас с посадочными местами для ориентации кумулятивных зарядов и средства инициирования зарядов, кумулятивные заряды имеют парную ориентацию, при этом два заряда, образующие пару, расположены относительно друг друга под углом 90°, а посадочные места для нижележащих соседних пар кумулятивных зарядов расположены в каркасе таким образом, что первое посадочное место заряда в вышележащей паре имеет тупой или острый угол смещения относительно первого посадочного места заряда нижележащей пары [RU 2307235 C1, МПК E21B 43/117, опубл. 2007.09.27].

Известный кумулятивный перфоратор использует парное расположение посадочных мест под кумулятивные заряды. Заряды в перфораторе расположены только парами, что не предполагает сочетание в одном перфораторе групп зарядов имеющих стандартное одинаковое угловое смещение зарядов друг относительно друга и групп зарядов, имеющих иное группирование. Для достижения технического результата указанного в известном изобретении необходимо как минимум две пары, то есть четыре кумулятивных заряда. При этом угол между зарядами в паре ограничен 90 градусами и в сочетании с неверно назначенным углом или неверно выбранным значением из диапазонов угла между парами зарядов указанных в формуле, приведет к негативным последствиям (проблемам) как для перфоратора, так и для скважины. Проблемы кумулятивной перфорации перечислены выше (у первого аналога). Значение развернутого угла в паре или между парами зарядов не предусмотрено.

Известен кумулятивный перфоратор, содержащий несущую конструкцию, в которой расположены кумулятивные заряды, расположенные группами, при этом заряды, образующие группы, включающие от трех зарядов, расположены относительно друг друга под определенным углом в разных плоскостях, а угол между группами зарядов определен в зависимости от выбранного угла в группе зарядов [RU 2447267 C1, МПК Е21В 43/117, опубл. 2009]. Указанные группы зарядов расположены в разных плоскостях.

Известный кумулятивный перфоратор обеспечивает высокое совершенство вскрытия пласта за счет его охвата перфоканалами и назначить углы в группе зарядов α и между группами зарядов β, обеспечивающие максимальный охват пласта в радиальном направлении в поперечном сечении скважины, возможно. Для достижения такого результата необходимо как минимум шесть кумулятивных зарядов в перфораторе. Недостатком является одинаковый угол в группе α, состоящей как минимум из трех зарядов, что огранивает назначение углов в группе и не решает проблемы кумулятивной перфорации (указанные выше).

Известен способ проведения прострелочно-взрывных работ в нефтяных и газовых скважинах и перфоратор для его осуществления, включающий спуск в скважину несущей конструкции с кумулятивными зарядами, последующее срабатывание кумулятивных зарядов и образование в обсадной колонне скважины и горной породе каналов для притока флюида [RU 2370639 С1, МПК 43/117,опубл. 20.10.2009]. Указанные каналы в обсадной колонне и в горной породе образовывают попарно, при этом каналы, образующие пару, располагают относительно друг друга под одним углом, а угол между парами каналов выполняют отличным от угла в парах или равным ему.

Известный способ и устройство обеспечивают высокий уровень совершенства вскрытия продуктивных пластов с возможностью максимальной площади вскрытия кумулятивными струями зарядов продуктивного пласта в поперечном сечении скважины путем выбора значения угла в паре зарядов α и значения угла между парами зарядов β. Но заряды в перфораторе расположены только парами, возможность иного группирования не предусмотрена, что не может соответствовать всем горно-геологическим условиям применения. Для достижения технического результата указанного в известном изобретении необходимо как минимум две пары, то есть четыре кумулятивных заряда. Назначается единое значение угла в парах, а на основании него выбирается единое значение угла между парами для всего перфоратора, сочетание различных значений углов из угловых диапазонов в одном перфораторе не предусмотрено. Решение выше указанных проблем кумулятивной перфорации не рассматривается. Не указаны величины угловых смещений (или границы диапазона), позволяющие решить обозначенные выше проблемы кумулятивной перфорации при парном группировании зарядов.

В качестве прототипа выбрано известное изобретение кумулятивный перфоратор, содержащий несущую конструкцию, в которой кумулятивные заряды расположены группами, состоящими из одной или нескольких пар зарядов по первому варианту, состоящими из одной или нескольких пар зарядов и дополнительных одиночных зарядов по второму варианту [RU 2603792 С1, МПК Е21В 43/117, опубл. 27.11.2016/. Заряды, образующие пару, расположены относительно друг друга под углом α, угол между парами зарядов β, угол между группами зарядов ϕ, угол между парой зарядов и одиночным зарядом γ, при этом одиночные заряды могут находиться в любой из групп.

Прототип обеспечивает высокий уровень совершенства вскрытия продуктивных пластов, оптимальный охват продуктивных пластов перфорационными каналами при вскрытии, наибольшее количество перфорационных каналов в радиальном направлении в поперечном сечении скважины, уменьшение размеров зон пласта, неохваченных перфорационными каналами, и снижение фугасного воздействия на скважину при срабатывании перфоратора. А также потенциально способен решить выше обозначенные проблемы кумулятивной перфорации (указанные у первого аналога), но для этого при осуществлении попарного группирования зарядов, необходим правильный подбор сочетаний трех или даже четырех углов: в парах зарядов α, между парами β, между группами зарядов ϕ, и дополнительного угла между парой зарядов и одиночным зарядом γ. При этом в формуле известного изобретения эти сочетания углов не конкретизированы, а, следовательно, при подборе углов, возможен отрицательный результат. В описании к изобретению стр.8 абзац 25 указано: «…Назначают углы, исходя из того, что пары зарядов с углами в паре α и между парами β применяются для снижения фугасного воздействия на скважину и на сам перфоратор при его срабатывании, а угол между группами зарядов ϕ введен для обеспечения оптимального охвата пласта». Из этого следует, что углы в парах α и между парами β используются для снижения фугасной нагрузки, а угол между группами ϕ оптимизирует расположение перфоканалов в скважине и снижает размеры зон неохваченных перфоканалами, в итоге правильное сочетание всех трех углов может предотвращать появление заколонных перетоков флюида. О назначении углов в описании изобретения стр.8 абзац 45 указано: «…В предпочтительном первом варианте исполнения заявляемого технического решения для обеспечения требования по снижению фугасного воздействия и оптимального охвата пласта один из трех углов α, β, ϕ может иметь любое значение (0÷360°), а два остальные должны иметь значения развернутого и/или тупого угла между смежными зарядами в одном или в разных направлениях отсчета угла. Но в зависимости от условий применения возможны и другие значения углов». Если тупой угол можно рассматривать как диапазон значений, а развернутый как - определенный, то любое значение угла от 0 до 360° возможно рассматривать только как не определенное значение или диапазон значений отсутствует. Группы зарядов в перфораторе расположены только парами или парами с одиночными дополнительными зарядами, возможность иного группирования не предусмотрена, что не может соответствовать всем горно-геологическим условиям применения. Для достижения технического результата указанного в известном изобретении необходимо как минимум две пары зарядов, то есть четыре кумулятивных заряда.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является разработка кумулятивного перфоратора (перфоратора) в результате использования которого возможно: существенно снизить разрушающее воздействие (нагрузку) на перфоратор и на скважину возникающее при срабатывании зарядов в перфораторе; предотвратить или локализовать формирование перфоканалами и воздействием продуктов взрыва в цементном кольце скважины и в горной породе линий наименьшего сопротивления перетоку флюида (ЛНСП) проходящих вдоль перфорируемого интервала, по которым происходит преждевременное обводнение извлекаемого флюида; сформировать в цементном кольце скважины и в горной породе надежные перемычки между перфоканалами, предотвращающие или локализующие заколонные перетоки флюида и позволяющие эффективно воздействовать на продуктивный пласт.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается: в снижении разрушающего воздействия (нагрузки) на перфоратор и на скважину, в устранении резонансных явлений при срабатывании зарядов в перфораторе; в предотвращении или в локализации формирования дефектов в цементном кольце скважины и в горной породе образующихся от срабатывания перфоратора; в формировании в цементном кольце скважины и в горной породе надежных перемычек между перфоканалами.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном кумулятивном перфораторе содержащем несущую конструкцию, на/в которой установлены кумулятивные заряды, направления которых сориентированы друг относительно друга, и средства инициирования, особенностью является то, что по меньшей мере один кумулятивный заряд установлен таким образом, что направление одного из соседних зарядов повернуто относительно его направления на угол в диапазоне 150-210°, а направление другого соседнего заряда повернуто относительно его направления на угол в диапазоне 90-170°.

Кроме того, поворот направлений соседних зарядов может быть осуществлен как в одну сторону, так и в разные (по часовой стрелке и/или против часовой стрелки). Сочетание значений углов поворота направлений соседних зарядов из диапазонов 150-210° и 90-170° относительно направления выбранного заряда может быть применено как в одном или в нескольких местах перфоратора, так и во всем перфораторе. Три кумулятивных заряда, образующие сочетание углов поворота их направлений из указанных диапазонов значений, расположены в разных плоскостях или в одной плоскости или два в одной, а третий в другой (в плоскостях поперечного сечения перфоратора).

Заряды могут быть направлены как перпендикулярно к продольной оси кумулятивного перфоратора, так и под острым или тупым углом к продольной оси перфоратора.

Прострелочно-взрывные работы из-за разрушающего воздействия оказывают негативное влияние на качество извлечения флюида. Стандартная кумулятивная перфорация формирует различные дефекты в скважине: деформации, трещины в цементном кольце, нарушение контакта обсадная колонна-цемент (в виде отслоений), нарушение контакта цемент-горная порода, причем эти нарушения сообщаются от перфоканала к перфоканалу на протяжении всего интервала перфорации образуя ЛНСП, приводящие к преждевременному обводнению. На разрушающее воздействие большое влияние оказывает расположение (направление) кумулятивных зарядов в перфораторе, а так же резонансные явления, характеризуемые набеганием (наложением) и возрастанием нагрузки при срабатывании каждого заряда.

В рамках настоящего изобретения под формированием «надежной перемычки» в цементном кольце и в горной породе скважины между перфоканалами следует понимать повышение прочности преграды между соседними и ближними по направлению перфоканалами или ее способности сопротивления к разрушению, а также обеспечение водонепроницаемости перемычки (или проницаемости значительно ниже проницаемости горной породы): в самом цементе, в месте контакта обсадная колонна-цемент и в месте контакта цемент-горная порода между соседними и ближними по направлению перфоканалами.

Для уточнения, под направлением кумулятивного заряда (сокращенно, заряда) подразумевается - направление его кумулятивной выемки или направление получаемого перфоканала и представляет собой вектор распространения кумулятивной струи от точки начала инициирования заряда к периферии перфоканала, совпадающий с продольными осями заряда и соответствующего перфоканала. При последовательном расположении кумулятивных зарядов на/в несущей конструкции один за другим, направления соседних кумулятивных зарядов сориентированы друг относительно друга. Соседние (или смежные) заряды по отношению к выбранному заряду - это ближайшие заряды, которые располагают выше, ниже и на одном уровне с выбранным зарядом; соседних зарядов по отношению к выбранному может быть от одного до нескольких. Заряды, расположенные «через заряд» по отношению к выбранному заряду, не являются для него соседними. В известных «стандартных» кумулятивных перфораторах обычно применяют единое значение угла поворота между направлениями всех соседних зарядов, либо в одном направлении с соседним зарядом (0°), либо с «углом поворота направления» относительно направления соседнего заряда (более 0° до 180°). В разных источниках вместо «угла поворота направления» используется термин «фазировка» или «угол фазирования» или «угловое смещение». Угол поворота направления соседнего (смежного) заряда по отношению к направлению выбранного заряда - это угол между векторами направлений двух соседних зарядов в поперечном сечении устройства. Согласно настоящего изобретения, величина угла поворота между направлениями выбранного и соседнего по отношению к нему заряда находится в пределах указанных диапазонов 150-210° или 90-170° вне зависимости от того, направление какого из зарядов выбранного или соседнего принято за начало отсчета (0°). Граничные значения каждого диапазона 150° и 210°, 90° и 170° включены для использования в изобретении и достижения технического результата. Изобретение может быть реализовано во всех типах кумулятивных перфораторов с последовательным расположением кумулятивных зарядов, при этом поворот направлений зарядов друг относительно друга на требуемую величину угла зависит от несущей конструкции и может быть заложен как на этапе изготовления несущей конструкции путем заданного расположения посадочных мест под заряды, так и при установке заряда на/в несущей конструкции фиксацией его положения.

Именно сочетание значений углов поворота направлений из указанных диапазонов позволяет достичь технический результат. Если хотя бы одно значение угла выходит за границы диапазона, то задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, не будет решена в полной мере. Диапазоны позволяют учесть особенности применяемых зарядов: количество и состав взрывчатого вещества, форма и размеры кумулятивной выемки, материал ее облицовки, пробивные способности, фугасность, распределение газов и т.д. Вне зависимости от технических особенностей зарядов указанные диапазоны обеспечат достижение технического результата, но для достижения максимального эффекта желательно учитывать особенности применяемых зарядов и выбирать оптимальные значения углов из указанных диапазонов.

Изобретение поясняется иллюстративными материалами.

На фиг. 1 схематично показано: на/в несущей конструкции 1 (изображен ее контур) установлен кумулятивный заряд 2 (выделен желтым цветом) с направлением заряда 3, на расстоянии L₁ от заряда 2 установлен соседний заряд 4 с направлением заряда 5, на расстоянии L₂ от заряда 2 установлен соседний заряд 6 с направлением заряда 7, при этом направление заряда 5 повернуто по часовой стрелке 8 относительно направления заряда 3 на угол величина которого находится в диапазоне от 150° до 210°, а направление заряда 7 повернуто против часовой стрелки 9 относительно направления заряда 3 на угол величина которого находится в диапазоне от 90° до 170°, дополнительно изображено одно из средств инициирования кумулятивных зарядов - детонирующий шнур 10.

Для наглядности на фиг. 2 показан вид А устройства, изображенного на фиг. 1, позиции продублированы.

На фиг. 3 по аналогии с фиг. 1 изображены те же элементы устройства, только с одним отличием - направление заряда 5 и направление заряда 7 повернуты по часовой стрелке 8 в одну сторону относительно направления заряда 3 на угол из диапазона от 150° до 210° и на угол из диапазона от 90° до 170° соответственно.

Для наглядности на фиг. 4 показан вид Б устройства, изображенного на фиг. 3, позиции продублированы.

На фиг. 5 заряды 2 и 4 в большей степени являются смежными (прилегающими друг к другу, соприкасаются) и лежат в одной плоскости поперечного сечения устройства (L₁=0), а второй соседний заряд 6 установлен на расстоянии L₂ от зарядов 2 и 4, при этом направление заряда 5 повернуто по часовой стрелке 8 относительно направления заряда 3 на угол, величина которого находится в диапазоне от 150° до 210°, а направление заряда 7 повернуто против часовой стрелки 9 относительно направления заряда 3 на угол, величина которого находится в диапазоне от 90° до 170°.

На фиг. 6 приведено устройство, в котором сочетается установка зарядов по настоящему изобретению (по фиг. 1) и иная (в данном случае «стандартная») установка зарядов, при которой остальные заряды повернуты на одинаковый угол относительно своего соседнего заряда: на/в несущей конструкции 1 установлен кумулятивный заряд 2 с направлением заряда 3, соседний заряд 4 с направлением заряда 5 повернут по часовой стрелке 8 относительно направления заряда 3 на угол, величина которого находится в диапазоне от 150° до 210°, а соседний заряд 6 с направлением заряда 7 повернут против часовой стрелки 9 относительно направления заряда 3 на угол, величина которого находится в диапазоне от 90° до 170°, при этом не соседние по отношению к заряду 2 заряды 11 установленные выше заряда 4 и ниже заряда 6 повернуты на одинаковый угол относительно своего соседнего заряда равный 60°.

На фиг. 7 приведено устройство, в котором все повороты направлений соседних зарядов имеют значения углов указанных диапазонов: на/в несущей конструкции 1 установлен кумулятивный заряд 2 с направлением заряда 3, соседний заряд 4 с направлением заряда 5 повернут по часовой стрелке 8 относительно направления заряда 3 на угол, величина которого находится в диапазоне от 150° до 210°, а соседний заряд 6 с направлением заряда 7 повернут против часовой стрелки 9 относительно направления заряда 3 на угол, величина которого находится в диапазоне от 90° до 170°. Далее ниже идущий за зарядом 6 заряд 12 (второй выбранный заряд, выделен желтым цветом) с направлением заряда 13 установлен таким образом, что соседний заряд 6 с направлением заряда 7 повернут против часовой стрелки 9 относительно направления заряда 13 на угол, величина которого находится в диапазоне от 150° до 210°, а соседний заряд 14 с направлением заряда 15 повернут против часовой стрелки 9 относительно направления заряда 13 на угол, величина которого находится в диапазоне от 90° до 170°.

На фиг. 8 показана несущая конструкция 1 «со стандартным» расположением зарядов (в примере единый угол фазирования 60° между соседними зарядами) срабатывает в скважине 16 с образованием перфоканалов 17, с нарушением по перфоканалам целостности цементного кольца 18 и соединением в линию наименьшего сопротивления перетоку флюида 19 (ЛНСП). По ЛНСП происходят заколонные перетоки и ранее обводнение флюида.

На фиг. 9 показана несущая конструкция 1 ссочетанием установки зарядов по настоящему изобретению и «стандартной» (по фиг. 6) срабатывает в скважине 16 с образованием перфоканалов 17, с нарушением по перфоканалам целостности цементного кольца 18 и соединением ее в линию наименьшего сопротивления перетоку флюида 19 (ЛНСП) в местах «стандартной» установки зарядов, с ее локализацией 20 на ширину N в месте установки зарядов по настоящему изобретению и с продолжением ЛНСП 19 ниже.

Локализация ЛНСП позволит если не предотвратить, то существенно замедлить ранее обводнение извлекаемого флюида.

На фиг. 10 показана несущая конструкция 1 с установленными зарядами по настоящему изобретению, в которой все повороты направлений соседних зарядов имеют значения углов из указанных диапазонов (по фиг. 7), срабатывает в скважине 16 с образованием перфоканалов 17, с нарушением по перфоканалам целостности цементного кольца 18 (в минимальном размере) без образования ЛНСП, что предотвращает преждевременное обводнение флюида.

На фиг. 11 график изменения величины разрушающей нагрузки (выраженной через давление, ось ординат) в перфораторе и на скважину при последовательном срабатывании зарядов (указано время и номера последовательно установленных зарядов, ось абсцисс), 21- изменение давления при «стандартной» установке зарядов с единым углом между зарядами или с чередованием углов не входящих в указанные в настоящем изобретении диапазоны, 22- изменение давления при использовании настоящего изобретения путем установки зарядов № 4, 5 и 6 с сочетанием углов из указанных в изобретении диапазонов.

Общий пример.

В зависимости от горно-геологических условий и состояния скважины, характеристик продуктивного пласта производят планирование геолого-технических мероприятий по его освоению, назначают интервал перфорации, плотность расположения кумулятивных зарядов в перфораторе на один метр, общую длину перфоратора и количество зарядов в перфораторе, подбирают характеристики зарядов. На основании характеристик планируемых к использованию кумулятивных зарядов, например: навеска и тип взрывчатого вещества, пробивные характеристики, фугасное воздействие, материал облицовки кумулятивной выемки, ее форма и т.п., определяют необходимое количество (выбранных) зарядов, которое нужно установить в перфораторе с обеспечением сочетания значений углов поворотов направлений соседних зарядов (по отношению к выбранным) из указанных диапазонов 150-210° и 90-170°, для устранения или локализации проблем, к которым может привести кумулятивная перфорация в этих условиях.

Производят сборку перфоратора, его спуск в интервал перфорации, его срабатывание и получают в обсадной колонне скважины и в горной породе перфоканалы с устранением или локализацией проблем возникающих в связи с кумулятивной перфорацией. Отстреленный кумулятивный перфоратор извлекают на поверхность.

Конкретный пример.

Планируется произвести вскрытие продуктивного пласта толщиной 45 метров. С извлечением флюида из ближней зоны пласта на первом этапе и с проведением гидроразрыва пласта на втором этапе для извлечения флюида из средней и дальней зоны пласта. Подбирают подходящие по характеристикам заряды, плотность их расположения на 1 погонный метр, рассчитывают количество перфораторов и их параметры: стандартные кумулятивные заряды с навеской взрывчатого вещества (гексоген) 22гр, с порошковой медной облицовкой в количестве 20 зарядов на погонный метр, в общем количестве на интервал перфорации 800 штук зарядов, 10 перфоратов длиной 4 метра и диаметром 89 мм. Принимают решение в 8-ми перфораторах, которые будут находится между двумя крайними перфораторами использовать стандартную фазировку (угловое смещение или поворот зарядов на каждом шаге) 60° для большинства зарядов, но на каждом метре длины этих перфораторов применить техническое решение по настоящему изобретению с целью устранить резонансные явления и снизить разрушающую нагрузку на корпус пефоратора и скважину, локализовать ЛНСП и получить надежные перемычки между перфоканалами в этих 4-х местах перфоратора, где применено заявляемое техническое решение. На основании характеристик зарядов (пробития, фугасности и т.д.) и общего количества зарядов, в 4-х местах перфоратора устанавливают по одному заряду в каждом месте, таким образом, что:

- при установке заряда на 1-ом метре перфоратора направление его верхнего соседнего заряда повернуто относительно его направления на угол 170°, а направление нижнего соседнего заряда повернуто относительно его направления на угол 135°;

- при установке заряда на 2-ом метре перфоратора направление его верхнего соседнего заряда повернуто относительно его направления на угол 175°, а направление нижнего соседнего заряда повернуто относительно его направления на угол 130°;

- при установке заряда на 3-ем метре перфоратора направление его верхнего соседнего заряда повернуто относительно его направления на угол 180°, а направление нижнего соседнего заряда повернуто относительно его направления на угол 125°;

- при установке заряда на 4-ом метре перфоратора направление его верхнего соседнего заряда повернуто относительно его направления на угол 185°, а направление нижнего соседнего заряда повернуто относительно его направления на угол 120°.

Для максимального снижения разрушающей нагрузки на скважину и полного устранения формирования ЛНСП в цементном кольце скважины и в горной породе в местах срабатывания двух крайних перфораторов, которые будут размещены вблизи границ интервала (у подошвы пласта и у его кровли) принимают решение отказаться от стандартного расположения зарядов в этих перфораторах и применить заявляемое техническое решение ко всему перфоратору - произвести последовательно повторяющиеся сочетания значений углов поворотов соседних зарядов, указанных выше, во всем перфораторе.

Производят подготовку перфораторов для выполнения указанной задачи, снаряжение, спуск и отстрел в заданном интервале. Получают перфоканалы в обсадной колонне скважины и в горной породе для притока флюида и последующего воздействия на пласт. Производят подъем перфоратров на поверхность.

В результате перфоканалы у подошвы и кровли пласта примерно расположены по фиг. 10 без образования ЛНСП и прочих дефектов от кумулятивной перфорации, а перфоканалы между крайними перфораторами примерно расположены по фиг. 9 с локализацией ЛНСП (с уменьшением дефектов). На первом этапе освоения это дает возможность извлечения флюида с минимальной степенью обводнения или в безводном режиме. А на втором этапе, надежные перемычки между перфоканалами сформированные в местах применения заявляемого технического решения позволяют повысить эффективность гидроразрыва пласта (ГРП) - направить эффективные напряжения возникающие в горной породе перед ее разрывом не по ЛНСП вокруг скважины вдоль нее, что при разрыве породы приводит к росту трещины ГРП вдоль скважины с соединением с ВНК и к преждевременному обводнению, а направить вдоль перфоканалов в глубь пласта с увеличением эффективных параметров трещины ГРП.

Заявляемое изобретение позволяет существенным образом повысить эффективность кумулятивной перфорации за счет снижения, локализации и устранения дефектов в скважине и в горной породе обычно возникающих при ее применении.

Изобретение относится к прострелочно-взрывным работам в нефтяных и газовых скважинах. Кумулятивный перфоратор содержит несущую конструкцию, на/в которой установлены кумулятивные заряды, направления которых сориентированы относительно друг друга, и средства инициирования. По меньшей мере один кумулятивный заряд установлен таким образом, что направление одного из соседних зарядов повернуто относительно его направления на угол в диапазоне 150-210°, а направление другого соседнего заряда повернуто относительно его направления на угол в диапазоне 90-170°. Обеспечивается снижение разрушающего воздействия на перфоратор и на скважину, устранение резонансных явлений при срабатывании зарядов в перфораторе, предотвращение или локализация формирования дефектов в цементном кольце скважины и в горной породе, образующихся от срабатывания перфоратора, формирование в цементном кольце скважины и в горной породе надежных перемычек между перфоканалами. 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Кумулятивный перфоратор, содержащий несущую конструкцию, на/в которой установлены кумулятивные заряды, направления которых сориентированы относительно друг друга, и средства инициирования, отличающийся тем, что по меньшей мере один кумулятивный заряд установлен таким образом, что направление одного из соседних зарядов повернуто относительно его направления на угол в диапазоне 150-210°, а направление другого соседнего заряда повернуто относительно его направления на угол в диапазоне 90-170°.

2. Кумулятивный перфоратор по п.1, отличающийся тем, что поворот направлений соседних зарядов осуществлен в одну сторону или в разные стороны.

3. Кумулятивный перфоратор по п.1, отличающийся тем, что сочетание значений углов поворота направлений соседних зарядов из диапазонов 150-210° и 90-170° относительно направления выбранного заряда применено в одном или в нескольких местах перфоратора, или во всём перфораторе.

4. Кумулятивный перфоратор по п.1, отличающийся тем, что три кумулятивных заряда, образующие сочетание углов поворота их направлений из указанных диапазонов значений, расположены в разных плоскостях или в одной плоскости, или два – в одной, а третий – в другой.

5. Кумулятивный перфоратор по п.1, отличающийся тем, что заряды направлены перпендикулярно к продольной оси кумулятивного перфоратора, или под острым углом к продольной оси кумулятивного перфоратора, или под тупым углом к продольной оси кумулятивного перфоратора.