Кумулятивный заряд перфоратора Советский патент 1993 года по МПК E21B43/116 

Изобретение относится к взрывным устройствам для вскрытия продуктивных пластов в нефтяных скважинах.

Целью изобретения является улучшение фильтрационных свойств и продуктивности формируемого канала за счет уменьшения пестообразования и уменьшения забивания канала металлом при одновременном уменьшении деформации труб корпуса перфоратора и колонны скважины.

Поставленная цель достигается тем, что в кумулятивном заряде перфоратора, содержащем кумулятивную облицовку, заряд взрывчатого вещества и металлическую облицовку, толщина кумулятивной облицовки составляет 1,2-1,65% от диаметра ее основания, толщина В В составляет 15-20 толщин облицовки с уменьшением к основанию до 1-2 толщин облицовки, а толщина наружной оболочки составляет 2-4 толщины кумулятивной облицовки.

Отношение толщины кумулятивной облицовки к диаметру ее основания, составляющее 1.2-1,65%, уменьшающая толщину кумулятивной облицовки по сравнению с известным в 1,5-2 раза, обеспечивает то, что материал облицовки под действием взрыва образует более высокоскоростную струю, которая из-за повышения скорости при взаимодействии с прожигаемой преградой сама полностью испаряется и песта не образует, Поэтому прожигаемый канал не забивается металлом, отложение металла на стенках канала также уменьшается, это обеспечивает улучшение фильтрационных свойств и повышение продуктивности формируемого канала.

Увеличение отношения толщины облицовки к ее диаметру свыше 1,65% чрезмерно увеличивает массу оболочки и приводит к появлению песта, забивающего формируемый канал металлом. Уменьшение отношения толщины облицовки к диаметру ниже 1,2% снижает прожигающую способность заряда, уменьшает глубину канала.

При выборе толщины ВВ, равной 15-20 толщин облицовки, количество В В по сравнению с известными зарядами снижено примерно на 10%, При таком выборе толщины ВВ уменьшается фугасность, уменьшается деформация труб корпуса перфоратора и скважины.

Увеличение толщины ВВ свыше 20 толщин облицовки нецелесообразно, так как увеличивает фугасность без заметного повышения прожигающей способности. Снижение толщины ВВ ниже 15.толщин облицовки нежелательно из-за уменьшения кумулятивного прожигающего действия заряда.

Утонение ВВ у основания до 1-2 толщин облицовки обеспечивает малое действие заряда ВВ на корпус перфоратора в том месте, где В В расположено наиболее близко к корпусу. Более значительное утонение ВВ у ос- нования облицовки, чем 1 толщина облицовки нежелательно, так как это приводит к возникновению пестообразования,забиванию канала металлом облицовки.

Увеличение толщин ВВ у основания заряда свыше 2 толщин нецелесообразно, так как приводит к увеличению деформации корпуса перфоратора до появления в нем трещин.

5 Отношение толщины наружной оболочки к толщине металлической облицовки, равное 2-4, соответствует утонению наружной оболочки по сравнению с известными зарядами. Это уменьшает ударное воздей0 ствие осколков оболочки на корпус перфоратора, уменьшает его деформацию. Увеличение толщины оболочки свыше 4 толщин облицовки приводит к увеличению осколочного воздействия на корпус

5 перфоратора и возникновению концентрированных деформаций корпуса в виде трещин, что нежелательно. Утонение толщины оболочки менее 2 толщины облицовки нежелательно, так как при этом возрастает боко0 вое рассеяние энергии ВВ и уменьшается прожигающая способность заряда.

Соотношение размеров предлагаемого заряда обеспечивает уменьшенный габарит по высоте, чем у известного заряда. Это

5

важно в связи с тем, что прожигающая способность заряда зависит от расстояния заряда до преграды, необходимого для фокусировки материала облицовки и образования струи. Малая высота предлагаемо0 го кумулятивного заряда позволяет в ограниченном пространстве корпуса перфоратора установить кумулятивный заряд с расстоянием от основания заряда до стенки корпуса перфоратора порядка 0,65 диамет5 ра заряда, что более близко к оптимальному расстоянию, чем в прототипе, для которого это расстояние составляет лишь 0.35 диаметра. Это также способствует тому, что на- стоящий заряд при уменьшенном

0 количестве ВВ образует канал не меньшей глубины, чем в прототипе.

На фиг. 1 представлена конструкция кумулятивного заряда: на фиг, 2 - внешний вид предлагаемого кумулятивного заряда

5 (фиг. 2а) и известного штатного заряда ЗПКО-89Е.190(фиг. 26); на фиг. 3 - фотографии каналов, прожигаемых с помощью предлагаемого заряда (фиг. За) и известного штатного кумулятивного заряда (фиг. 36) в преграде в виде набора стальных пластин

толщиной по 12 мм; на фиг. 4 - фотографии каналов в сплошной стальной преграде, прожигаемых с помощью предлагаемого (фиг. 4а) и штатного (фиг. 46) кумулятивных зарядов.

Кумулятивный заряд содержит металлическую кумулятивную облицовку 1 из меди, покрывающий ее заряд взрывчатого вещества 2 и металлическую оболочку 3. Заряд располагается в корпусе перфоратора 4. Де- тонация к заряду передается со стороны его вершины взрывной линией 5, содержащей пруток из взрывчатого материала.

Толщина кумулятивной медной конической облицовки 1 составляет 1,2-1,65% от диаметра ее основания. Толщина В В 2 составляет 15-20 толщин облицовки с уменьшением к основанию до 1-2 толщин облицовки, а толщина наружной оболочки составляет 2-4 толщины кумулятивной об- лицовки.

Заряд, выполненный по данной заявке, имел медную облицовку с диаметром у оснований 38 мм толщиной стенки 0,5 мм, что составляет 1,3% от диаметра ее основания. Толщина заряда ВВ составляла 9 мм (т.е. 18 толщин облицовки) и уменьшалась к основанию до 1 мм (т.е. до 2 толщин облицовки). Толщина наружной оболочки составляла 1 мм, т.е. 2 толщины облицовки. Вес ВВ в заряде составлял 27 г.

Штатный,.заряд ЗПКО-89Е.190, с которым проводилось сравнение, имел облицовку диаметром у основания 38 мм, толщину стенки облицовки 1 мм, что составляет 2,6% от ее диаметра основания. Вес ВВ в заряде 31 г, толщина наружной оболочки составляет 4 мм.

Высоты предлагаемого кумулятивного заряда и штатного заряда составляли соот- ветственно 41 и 54 мм, т.е. высота предлагаемого заряда была на 24% меньше, чем у штатного (фиг. 2). Это позволяет при установке заряда в корпус увеличить расстояние между основанием заряда и стенкой корпу- са, что обеспечивает лучшую фокусировку материала для образования кумулятивной струи и улучшает ее прожигающую способность.

Кумулятивный заряд перфоратора рабо- тает следующим образом.

Коническая кумулятивная облицовка 1 под действием взрыва заряда ВВ 2 схлопыва- ется к оси. Из фокусирующегося на оси материала облицовки формируется остронаправленная кумулятивная струя, имеющая высокую скорость порядка 10- 15 км/с. Взаимодействие струи с преградой при такой скорости, приводит к испарению материала преграды и самой струи и образованию канала, протяженностью в несколько раз превышающей диаметр заряда. Струя последовательно прожигает корпус 4 перфоратора, стенки скважины и затем прожигает канал в продуктивном нефтеносном пласте. Выбор соотношений размеров элементов заряда в соответствии с предложением обеспечивает то, что формируемый канал не забивается, а его стенки практически не покрываются металлом кумулятивной струи. Это обеспечивает высокие фильтрационную способность и продуктивность каналов, по которым осуществляется отбор нефти из продуктивного пласта. Взрыв ВВ 2 и разлет осколков оболочки зарядов 3 оказывает деформирующее действие на корпус перфоратора 4. Но при предлагаемых соотношениях размеров элементов заряда деформации корпуса невелики. Поэтому корпус 4 после работы зарядов иобразования каналовлегкоизвлекается из скважины и не препятствует отбору нефти,

В преграде в виде пакета стальных пластин толщиной по 12 мм предлагаемый кумулятивный заряд прожег канал глубиной 80 мм (фиг. За), канал на всей глубине свободен от металла, покрытие меди на стенках канала также практически отсутствует. Штатный заряд в такой преграде также прожег канал глубиной 80 мм (фиг. 36), однако глубже 30 мм канал закрыт материалом песта, а стенки канала на участке, свободном от песта, покрыты слоем меди.

В сплошной стальной преграде канал, образованный предлагаемым зарядом, также свободен от материала песта, и его стенки практически не покрыты медью от кумулятивной оболочки (фиг. 4а). В такой же преграде в канале от штатного кумулятивного заряда на глубине 40 мм наблюдается пест высотой 20 мм и омеднение стенок канала по всей его длине. Эти испытания показали, что предлагаемое выполнение кумулятивного заряда обеспечивает уменьшение забивания и покрытия стенок канала металлом, что обеспечивает повышение продуктивности и улучшение фильтрацион- ных свойств канала.

Были проведены также опыты по сравнению воздействия предлагаемого и штатного кумулятивных зарядов на корпус перфоратора. Взрыв штатного кумулятивного заряда вызвало расширение корпуса перфоратора по диаметру на 5 мм. При взрыве предлагаемого заряда течение материала корпуса пластичное, расширение корпуса по диаметру составило 2 мм, т.е. деформации корпуса уменьшены в 2,5 раза.

Таким образом, по сравнению с прототипом за счет уменьшения забивания формируемых каналов металлом кумулятивной .струи предлагаемый заряд обеспечивает более высокую фильтрационную способность и Продуктивность каналов примерно на iO%- Одновременно обеспечивается умень- ше ние деформаций корпуса перфоратора в 2-2,5 раза На границах указанных соотно- .шений забивания каналов не наблюдается « продуктивность каналов не уменьшается, 9 деформация корпуса по диаметру увеличивается не более чем на 15%, но остается малой по сравнению с прототипом. Формула изобретения Кумулятивный заряд перфоратора, содержащий коническую кумулятивную обли0

5

цовку, покрывающий ее заряд взрывчатого вещества (ВВ) и металлическую оболочку, отличающийся тем, что, с целью улучшения фильтрационных свойств формируемого канала за счет уменьшения песто- образования и забивания канала металлом при одновременном уменьшении деформации труб корпуса перфоратора и колонны скважин, толщина кумулятивной облицовки составляет 1,2-1,65% от диаметра ее основания, толщина ВВ составляет 15-20 толщин облицовки с уменьшением к основанию до 1-2 толщин-облицовки, а толщина наружной оболочки составляет 2-4 толщины кумулятивной облицовки.

Использование: кумулятивный заряд перфоратора предназначен для вскрытия продуктивных пластов в скважинах и позволяет уменьшить пестообразование и забивание каналов. Для этого толщина кумулятивной облицовки 1 составляет 1,2- 1,65% от диаметра ее основания, толщина В В 2 составляет 15-20 толщин облицовки с уменьшением к основанию до 1-2 толщин облицовки, а толщина наружной оболочки 3 составляет 2-4 толщины кумулятивной оболочки. Облицовка 1 под действием взрыва ВВ 2 охлопывается, формирует кумулятивную струю, которая прожигает корпус перфоратора, трубу колонны скважины и формирует канал в продуктивном пласте. Заряд имеет малое пестообразование, поэтому формируемый канал не забивается металлом и имеет высокую продуктивность. Корпус перфоратора 4 мало деформируется и легко извлекается из скважины после срабатывания зарядов. 4 ил. ч Ё

Фг/г.2

If I 1 I ч I t Г 4 -Г V Л Ь л А Л A io i- i 3i A A i« АЯ /. 7