[1]Изобретение относится к прострелочно-взрывным работам в нефтяных и газовых скважинах.
[2]Известны бескорпусные устройства для выполнения прострелочно-взрывных работ в скважине, выполненные в виде лент снаряженных герметизированными зарядами и бескорпусные устройства с соединением герметизированных зарядов между собой при помощи штифтов. Указанные устройства являются однократными в применении, и зачастую при проведении взрывных работ разрушаются в скважине засоряя ее.
[3]Известен кумулятивный бескорпусной перфоратор /SU 1272785 А1, Е 21 В 43/117, опубл. 15.04.1991/. Устройство включает заряды в индивидуальных корпусах, средства взрывания и соединительный элемент сегментного сечения с выемками.
[4]Известное устройство не обеспечивает угловой ориентации кумулятивных зарядов в поперечном сечении скважины, все заряды расположены в одном направлении, что снижает область применения устройства. Соединительный сегментный элемент, к которому прикреплены заряды, после срабатывания последующей эксплуатации не подлежит в связи с тем, что в нем образуются отверстия от кумулятивных струй зарядов.
[5]Известно устройство для перфорации буровых скважин /SU 1195915 А, Е 21 В 43/116, опубл. 30.11.1985/. Устройство содержит заряды в герметичных оболочках с хвостовиками, корпус, образованный рядом последовательно установленных секций, плоские грани которых смещены под углом относительно его продольной оси и в каждой из плоских граней выполнено отверстие под хвостовик заряда, установленного перпендикулярно соответствующей плоской грани, средства детонации, управляемые электрически и соединенные зарядами для их поджига.
[6]Известное устройство обеспечивает угловую ориентацию кумулятивных зарядов в поперечном сечении скважины ограничено, т.е. два заряда на плоской грани корпуса располагаются только в радиально противоположных направлениях, а соседняя пара зарядов расположена только перпендикулярно предыдущей. При этом нарушена общая плотность перфорации, т.е. заряды вдоль корпуса расположены с разным шагом (на разном расстоянии). Расстояние между двумя зарядами, расположенными на общей плоской грани, корпуса минимально, а последующий заряд, расположенный на последующей плоской грани корпуса, находится с большим шагом из-за конструктивного изгиба корпуса. К основным недостаткам устройства можно отнести сложность конструкции, недостаточную жесткость крепления зарядов и невозможность повторного применения как показывает практика из-за значительной деформации корпуса после срабатывания.
[7]Наиболее близким по существенным признакам к заявляемому техническому решению является кумулятивный перфоратор /SU 1607476 А1, МПК6 Е 21 В 43/117, опубл. 1996.11.20/, содержащий корпус в виде трубы, в котором посредством деталей крепления установлены заряды в индивидуальных герметичных оболочках, выполненных из хрупкого материала (стекла, керамики, ситалла).
[8]Известное устройство включает ряд деталей, усложняющих конструкцию и сборку перфоратора. К таким деталям можно отнести детали крепления заряда в корпусе, и сами герметичные оболочки зарядов, выполненные из хрупкого материала. При срабатывании перфоратора выше перечисленные детали разрушаются и засоряют скважину. Применение индивидуальных герметичных оболочек значительно увеличивает габаритный размер заряда, что приводит к увеличению размера перфоратора. Долговечность (количество срабатываний) перфоратора не определена, что может привести к обрыву корпуса при отстреле (к аварии).
[9]Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка конструкции бескорпусного перфоратора, обеспечивающей высокую плотность расположения зарядов, требуемую угловую ориентацию кумулятивных зарядов в поперечном сечении скважины, неподверженной разрушению в скважине при срабатывании, с возможностью многократного использования.
[10]При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении надежности и прочности перфоратора при сохранении высокой плотности расположения зарядов.
[11]Указанный технический результат достигается тем, что трубный бескорпусной кумулятивный перфоратор содержит несущий каркас с посадочными местами под заряды, в котором установлены герметичные кумулятивные заряды, имеющие металлическую оболочку, и средства инициирования зарядов. Несущий каркас выполнен из металлической трубы, в которой выполнены посадочные отверстия для установки и крепления герметичных зарядов с требуемой плотностью и угловой ориентацией в зависимости от технико-геологических условий, а размер посадочного места равен размеру оболочки заряда. Труба для изготовления несущего каркаса подбирается с такими размерными и техническими характеристиками, чтобы исключить разрыв и деформацию каркаса после срабатывания перфоратора. Многократность использования - ресурс несущего каркаса определяется параметрами трубы: отношением количества и характеристик взрывчатого материала к совокупности прочностных и размерных характеристик трубы, из которой изготовлен несущий каркас перфоратора.
[12]Из практики эксплуатации и изготовления бескорпусных перфораторов с применением герметичных зарядов известно, что в перфораторах использующих несущий соединительный элемент (каркас) в виде ленты, практически невозможно обеспечить максимальную плотность расположения зарядов, угловую ориентацию расположения зарядов, ограниченной
[13]необходимостью изгиба ленты, и предотвратить в худшем варианте разрушение или в лучшем варианте деформацию несущего элемента. Выполнение несущего элемента - каркаса в виде металлической трубы позволят изготовить посадочные места (отверстия) под герметичные заряды с максимальной плотностью расположения зарядов в продольном направлении устройства и под любым углом в его радиальном направлении. Труба является более надежным элементом в предотвращении деформации при срабатывании по сравнению с лентой. Для увеличения ресурса перфоратора достаточно изменить толщину стенки трубы или увеличить ее прочностные характеристики.
[14]В отличие от прототипа заявляемый трубный бескорпусный кумулятивный перфоратор не содержит дополнительных деталей крепления для установки зарядов, и не использует индивидуальные герметичные оболочки из хрупкого материала для герметизации зарядов, а также не определен ресурс использования.
[15]Заявляемый несущий каркас выполняет одновременно две функции:
[16]несущий каркас в виде металлической трубы является и корпусом, т.е. способен выдержать фугасное воздействие кумулятивных зарядов (не разрушается после отстрела), и деталью крепления, где размер посадочного места (отверстия) соответствует размеру корпуса заряда для обеспечения их надежной установки в каркасе. В заявляемом перфораторе предлагается применение герметичных зарядов, оболочки которых выполнены из металла.
[17]Ресурс перфоратора (количество срабатываний) можно определить с применением следующего расчета.
[18]Количество срабатываний перфоратора (многократность) определяется отношением количества и характеристик взрывчатого материала (далее ВМ) к совокупности прочностных и размерных характеристик трубы, из которой изготовлен несущий каркас перфоратора.
[19]Определяется по формуле (1):
[20]
[21]где K1 - коэффициент использования взрывчатого материала;
[22]К2 - коэффициент совокупной прочности трубы.
[23]Коэффициент K1 определяется отношением (2):
[24]
[25]где Мвм - масса взрывчатого материала, в граммах;
[26]V - внутренний объем трубы, в м3;
[27]VК - объем трубы, в м3
[28]Коэффициент совокупной прочности трубы К2 определяется суммой коэффициентов соответствующих прочностных характеристик (3):
[29]
[30]где Кσв - коэффициент предела прочности материала;
[31]Кσт - коэффициент предела текучести материала;
[32]Кδ - коэффициент относительного удлинения;
[33]Кксu - коэффициент ударной вязкости;
[34]Ks - коэффициент толщины стенки трубы;
[35]Кз - коэффициент размера зерна материала.
[36]Одно из преимуществ заявляемого трубного бескорпусного кумулятивного перфоратора перед корпусными перфораторами - это низкий вес, что позволяет собирать между собой большое количество секций перфоратора и перфорировать большие интервалы скважины. Преимущества перед бескорпусными перфораторами: не разрушается в скважине, обеспечивается возможность максимальной плотности перфорации и многократности использования.
[37]На фиг.1 изображен трубный бескорпусный кумулятивный перфоратор, общий вид, на фиг.2 представлены диаграммы для определения коэффициентов в зависимости от номинальных значений прочностных характеристик материала корпуса перфоратора.
[38]Перфоратор содержит несущий каркас 1, выполненный в форме металлической трубы, имеющий кабельную головку 2 и наконечник. В каркасе 1 выполнены посадочные места, например, в виде обычных или
[39]резьбовых отверстий, предназначенных для установки и фиксации герметичных кумулятивных зарядов 3, имеющих металлическую оболочку. Размер посадочного места соответствует размеру оболочки заряда 3. Кумулятивные заряды 3 последовательно соединены с узлом инициирования 4, например, взрывным патроном или детонатором, установленным в кабельной головке 2, детонирующим шнуром 5. Шаг размещения зарядов 3 и угол их ориентации определяется исходя из конкретных технико-геологических условий. При этом имеется возможность разместить заряды 3 с максимальной плотностью в продольном и радиальном направлении каркаса 1.
[40]Несущий трубный каркас 1, выполненный в виде металлической трубы, в верхней и нижней части может быть оснащен присоединительными элементами, позволяющими собирать между собой несколько секций. Несущий каркас 1 также выполнен с возможностью многократного использования.
[41]Зная плотность перфорации, соответствующее количество взрывчатого материала и предполагаемое количество срабатываний, подбирают материал несущего каркаса 1, из расчета с учетом формул 1 и 2. Например, в качестве материала для изготовления несущего каркаса можно использовать горячекатаную сталь.
[42]Собранный на поверхности скважины перфоратор опускается на каротажном кабеле или НКТ на заданную глубины перфорации ствола скважины. При замыкании цепи срабатывают средства инициирования и кумулятивные заряды 3. Кумулятивные струи зарядов 3 прожигают обсадную колонну скважины и часть горной породы (продуктивного пласта). После отстрела перфоратор поднимают на поверхность.
