УСТРОЙСТВО ЦЕПНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ КУМУЛЯТИВНОЙ ПЕРФОРАЦИИ РАЗНЕСЕННЫХ НЕФТЕГАЗОВЫХ ПЛАСТОВ Российский патент 2024 года по МПК E21B43/117 E21B43/1185 

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к корпусным кумулятивным перфораторам, спускаемым на насосно-компрессорных трубах (НКТ). Подобные аппараты широко применяются при перфорации, например, вертикальных, пологих и горизонтальных скважин.

Из области техники "Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам" под редакцией Н.Г. Григоряна, М. : Недра, 1980 г., стр. 71-73, известны кумулятивные скважинные перфораторы ПНКТ1-89 и ПНКТ1-73, спускаемые в скважину на насосно-компрессорных трубах (НКТ). Корпус перфоратора состоит из отдельных модулей, соединенных между собой переходником и устройством передачи детонации. В качестве варианта передачи детонации между модулями в отверстие корпуса переходника пропускают отрезок детонационного шнура, который соединяет детонационную линию модулей между собой.

Из области техники патент US № 4738319, МПК Е 41 В 43/117, НКИ 175-4.6, 14.04.88, известен перфоратор для использования в нефтяной скважине, включающий несколько механических последовательно соединенных секций, каждая из которых содержит ряд кумулятивных зарядов и отрезок детонирующего шнура для обеспечения огневой связи между секциями, причем в нижнем конце каждой секции установлен направленный вниз малый кумулятивный заряд, ось которого совпадает с осью перфоратора, а в верхнем конце каждой секции расположен заряд взрывчатого вещества, закрытого металлической мембраной.

Самым близким по своей технической сущности является корпусной скважинный кумулятивный перфоратор, известный из патента RU 2215127, МПК Е 21 В 43/117, от 30.12.03, содержащий корпус в виде ряда секций модулей, кумулятивные заряды, соединенные между собой, детонационной цепью в виде детонационного шнура, переходники, соединяющие секции между собой, и устройства передачи детонации от модуля к модулю, причем детонационная цепь между модулями включает последовательно выполненные шашку-передатчик детонации, стальную пробку преграду, ввернутую в верхнюю часть центрального отверстия переходника, шашку-приемник, соединенную со второй шашкой-передатчиком отрезком термостойкого детонационного шнура и вторую шашку-приемник, установленную в начале детонационной цепи следующего модуля. Межмодульную детонационную цепь выполняют в виде законченных элементов, содержащих в себе стальную пробку-преграду, герметизирующую одну секцию перфоратора от другой, в которую вворачивается сборка, состоящая из двух металлических втулок с шашкой-приемником и шашкой-передатчиком, собираемых с трубками из композиционного материала и соединенных между собой отрезком термостойкого дистанционного шнура встык с шашками, проходящего по центральному отверстию трубки, а каждый модуль перфоратора содержит в верхней части втулку с шашкой-приемником, а в нижней - втулку с шашкой-передатчиком с кумулятивной выемкой.

Недостатками прототипа и аналогов является невысокие эксплуатационные возможности, малая надежность работы огневой связи, приводящая к отказам работы перфоратора вследствие разгерметизации одного из корпусов модулей, что приводит к непроизводительным потерям времени при сборке перфоратора. Риск осложнения или аварии значительно возрастает при перфорации за один спуск разнесенных на большие расстояния интервалов. Заполнение неперфорируемого пространства модулями-пропусками экономически затратно и нефтегазовые компании (недропользователи) предпочитают сделать дополнительный спуск-подъем компоновки на бурильном инструменте или на НКТ, что влечет снижение эффективности вскрытия продуктивного пласта из-за загрязнения призабойной зоны (кольматации).

Технической проблемой, решаемой заявленным изобретением является повышение производительности прострелочно-взрывных работ при перфорации интервалов, разделенных непроницаемыми породами и надежности срабатывания сборки перфораторов.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение эффективности вскрытия за один спуск разнесенных на большие расстояния нефтегазовых пластов или участков горизонтального пласта, при этом надежность работы за счет сочетания огневой и гидравлической связи.

Заявленный технический результат достигается за счёт того, что устройство цепной (последовательной) перфорации разнесенных участков нефтегазовых пластов, спускаемое на носителе (НКТ), содержащее установленные напротив интервалов вскрытия секции перфоратора выполненные с возможностью возбуждения от давления жидкости, при этом корпус снабжен отверстиями для выравнивания давления жидкости, и содержит узел формирования импульса давления, причем узел формирования импульса давления состоит из корпуса, детонирующего шнура 1 протянутого внутри каждой секции от взрывной гидравлической головки 10 верхнего перфоратора 11 до узла формирования импульса давления срабатывания нижерасположенной взрывной гидравлической головки 10, твердотопливного заряда 3 и заряда усиливающего 7 установленного на конце детонирующего шнура 1 и расположенного в донной части корпуса формирования импульса давления 2, который в свою очередь введен в твердотопливный заряд 3 на глубину не менее длины усиливающего заряда 7, при этом количество твердотопливного заряда 3 позволяет при срабатывании детонирующего шнура 1 и усиливающего заряда 7, обеспечить давление в НКТ, превышающее гидростатическое давление в скважине не менее чем на 15 МПа. Для обеспечения последовательной (цепной) перфорации разнесенных участков пласта/пластов каждая вышележащая перфорационная секция снабжена узлом формирования импульса давления, обеспечивающего срабатывание нижерасположенной взрывной головки гидравлического типа. Детонирующий шнур, протянутый внутри каждой секции, от верхнего перфоратора к узлу формирования импульса давления срабатывания нижерасположенной взрывной головкой гидравлического типа и обеспечивает баллистическую связь с зарядом усиливающим, который зажигает твердотопливный заряд, создающий скачок (импульс) давления в насосно-компрессорной трубе. Герметичный корпус узла формирования импульса давления, выполнен, например, из алюминиевого сплава, который обладает оптимальными механическими свойствами, обеспечивающими стойкость к гидростатическому давлению скважинной жидкости, при этом легко разрушается на мелкие фрагменты при срабатывании детонирующего шнура и усиливающего заряда, а также дает дополнительный эффект повышения температуры реакции при инициировании твердотопливного заряда. Установленный на конце детонирующего шнура усиливающий заряд располагается в донной части корпуса формирования импульса давления, который в свою очередь введен в центральный канал твердотопливного заряда на глубину не менее длины усиливающего заряда, что обеспечивает надежность и равномерность зажигания твердотопливного заряда. Корпус узла формирования импульса давления помещен в твердотопливные (пороховые) заряды, которые в свою очередь вместе с узлом формирования импульса давления располагаются в стальном корпусе устройства цепной перфорации, на котором для заполнения внутренней полости скважинной жидкостью и выравнивания давления внутри и снаружи корпуса выполнены отверстия с сечением, достаточным для заполнения внутренней полости скважинной жидкостью при спуске устройства в скважину, при этом в процессе формирования скачка давления, образованного в процессе горения твердотопливных зарядов наличие этих отверстий не отражается на успешности достижения импульса давления взрывной головки гидравлического типа. В результате срабатывания взрывной цепочки происходит разрушение корпуса узла формирования импульса давления, что приводит к зажиганию расположенных в корпусе устройства твердотопливных зарядов. В результате резкого роста давления в процессе горения твердотопливных зарядов формируется фронт ударной волны в жидкости, который перемещается внутри НКТ достигает взрывной головки гидравлического типа и активирует её, т.е. активизирует взрывную головку фронт ударной волны, образовавшейся при сгорании твердотопливного заряда. Корпус устройства соединен через переходник с насосно-компрессорной трубой, также заполненной скважинной жидкостью. Предохранительная мембрана, расположенная на поверхности переходника, обеспечивает сброс давления в случае его резкого повышения при горении твердотопливного заряда. В результате срабатывания взрывной головки срабатывает секция нижнего перфоратора и далее, аналогичный процесс повторяется применительно к нижерасположенным секциям перфоратора. Количество твердотопливных зарядов подобрано таким образом, чтобы в полости НКТ величина импульса давления превышала гидростатическое давление в скважине не менее чем на 15 МПа. Величина 15 МПа обеспечивает безопасность проведения спускоподъемных операций на насосно-компрессорных трубах с учетом вероятности возникновения гидравлического удара в случае резких посадок или рывков сборки устройства. Давление продуктов горения твердотопливных (пороховых) зарядов передается по жидкости внутри НКТ на следующую нижерасположенную взрывную головку гидравлического типа, образуя цепную (последовательную) перфорацию разнесенных нефтегазовых пластов или интервалов пласта в горизонтальных и близких к горизонтальным участках.

Суть технического решения поясняется чертежом, где на фигуре 1 изображено устройство цепной (последовательной) перфорации разнесенных нефтегазовых пластов (интервалов), шнур детонирующий 1, корпус узла формирования импульса давления 2, твердотопливный (пороховой) заряд 3, корпус 4, отверстия 5, переходник 6, заряд усиливающий 7, мембрана 8, насосно-компрессорная труба 9, головка взрывная 10, секция перфоратора 11, секция перфоратора 12. На фигуре 2 приведена схема сборки с применением трех устройств цепной (последовательной) перфорации, где изображены, корпус 4, переходник 6, насосно-компрессорная труба 9, головка взрывная 10, секция перфоратора 11, секция перфоратора 12, секция перфоратора 13.

Заявленное устройство содержит детонирующий шнур 1, протянутый внутри каждой секции, от верхней секции перфоратора 11 к корпусу узла формирования импульса давления 2 срабатывания нижерасположенной взрывной головкой 10 гидравлического типа. Корпус узла формирования импульса давления 2 выполнен например из алюминиевого сплава. На конце детонирующего шнура 1 установлен заряд усиливающий 7. Корпус узла формирования импульса давления 2 помещен в твердотопливный (пороховой) заряд 3, который в свою очередь вместе с узлом формирования импульса давления располагаются в стальном корпусе 4, на котором для заполнения его внутренней полости скважинной жидкостью и выравнивании давления на корпусе 4 выполнены отверстия 5. Корпус 4 устройства соединен через переходник 6 с насосно-компрессорной трубой 9, также заполненной скважинной жидкостью. На корпусе переходника 6 установлена предохранительная мембрана 8, обеспечивающая сброс давления в случае его резкого повышения при горении твердотопливного заряда 3. Насосно-компрессорная труба 9 соединена с взрывной головкой 10 гидравлического типа, которая баллистически соединена с секцией нижнего перфоратора 12.

Устройство цепной (последовательной) перфорации разнесенных нефтегазовых пластов или разнесенных интервалов одного пласта работает следующим образом. Устройство цепной (последовательной) перфорации, спускаемое на НКТ, с установленными напротив продуктивных пластов перфораторными секциями 11, 12 и 13, снабженными взрывными головками 10 гидравлического типа и инициировано давлением жидкости, создаваемым наземным насосным оборудованием любым, из способов подачи давления в насосно-компрессорные трубы. В полость насосно-компрессорной трубы (НКТ) 9 подается давление на взрывную головку 10, которая инициируется верхнюю секцию перфоратора 11. Одновременно со срабатыванием перфоратора активируется узел формирования импульса давления, расположенный в корпусе 4, который через переходник 6 соединяется со следующей насосно-компрессорной трубой 9 и далее со следующей взрывной головкой 10. После детонации секции верхнего перфоратора 11 детонация по детонирующему шнуру 1 передается на заряд, усиливающий 7. В результате срабатывания взрывной цепочки происходит разрушение корпуса узла формирования импульса давления 2, что приводит к зажиганию расположенных в корпусе 4 твердотопливных зарядов 3. В результате резкого роста давления в процессе горения твердотопливных зарядов 3 формируется фронт ударной волны в жидкости, который перемещается внутри через НКТ достигает взрывной головки 10 гидравлического типа и активирует ее. Создаваемая в узле формирования импульса давления ударная волна распространяется по насосно-компрессорной трубе 9 достигает следующей взрывной головки 10, инициирует нижнюю секцию перфоратора 12 и сопрягаемый с ней импульс формирования импульса давления и далее, по цепочке, срабатывают следующие секции перфоратора 13 с узлами формирования импульса давления. Предохранительная мембрана 8, расположенная на поверхности переходника 6, обеспечивает сброс давления в случае его резкого повышения при горении твердотопливного заряда 3.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к корпусным кумулятивным перфораторам. Устройство цепной последовательной перфорации разнесенных нефтегазовых пластов или интервалов одного пласта, спускаемое на насосно-компрессорных трубах (НКТ), содержит устанавливаемые напротив интервалов вскрытия секции перфоратора, выполненные с возможностью возбуждения от давления жидкости, узел формирования импульса давления срабатывания нижерасположенной секции перфоратора. Каждая секция перфоратора имеет в нижней части корпус с отверстиями для выравнивания давления жидкости. В корпусе с отверстиями установлен твердотопливный заряд, а узел формирования импульса давления размещен внутри твердотопливного заряда. В донной части корпуса узла формирования импульса давления размещен усиливающий заряд, соединенный с детонирующим шнуром, протянутым к нему через вышерасположенную секцию перфоратора от взрывной гидравлической головки. Усиливающий заряд введен в центральный канал твердотопливного заряда на глубину, не менее длины усиливающего заряда, а количество твердотопливного заряда позволяет при срабатывании детонирующего шнура и усиливающего заряда обеспечить давление в НКТ, превышающее гидростатическое давление в скважине не менее чем на 15 МПа. Обеспечивается повышение эффективности вскрытия за один спуск разнесенных на большие расстояния нефтегазовых пластов или интервалов одного пласта при надежности работы за счет сочетания огневой и гидравлической связи. 2 ил.

Устройство цепной последовательной перфорации разнесенных нефтегазовых пластов или интервалов одного пласта, спускаемое на насосно-компрессорных трубах (НКТ), содержит устанавливаемые напротив интервалов вскрытия секции перфоратора, выполненные с возможностью возбуждения от давления жидкости, узел формирования импульса давления срабатывания нижерасположенной секции перфоратора, отличающееся тем, что каждая секция перфоратора имеет в нижней части корпус с отверстиями для выравнивания давления жидкости, в корпусе с отверстиями установлен твердотопливный заряд, а узел формирования импульса давления размещен внутри твердотопливного заряда, в донной части корпуса узла формирования импульса давления размещен усиливающий заряд, соединенный с детонирующим шнуром, протянутым к нему через вышерасположенную секцию перфоратора от взрывной гидравлической головки, при этом усиливающий заряд введен в центральный канал твердотопливного заряда на глубину не менее длины усиливающего заряда, а количество твердотопливного заряда позволяет при срабатывании детонирующего шнура и усиливающего заряда обеспечить давление в НКТ, превышающее гидростатическое давление в скважине не менее чем на 15 МПа.