устройство для вырезания участка трубы колонны скважин

Формула изобретения

1. Устройство для вырезания участка трубы колонны скважины, содержащее корпус, заряд взрывчатого вещества с кумулятивными облицовками, расположенными равномерно по окружности, разнесенными по высоте корпуса и смещенными по азимуту на соседних уровнях, отличающееся тем, что кумулятивные облицовки выполнены в виде воронок и расположены в заряде взрывчатого вещества вдоль пересекающихся винтовых линий правого и левого направлений, причем расстояние между соседними воронками не превышает трех радиусов оснований воронок.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что заряд взрывчатого вещества выполнен из оболочек, окружающих кумулятивные облицовки, вставок в инертном материале между оболочками и прутка, расположенного по оси устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам фрагментарного разрушения стенок обсадной колонны скважины, в частности для осуществления бурения при переходе из вертикального ствола скважины к наклонному или горизонтальному стволу.

Известен кольцевой кумулятивный труборез, содержащий трубчатый корпус, шашку из взрывчатого вещества (ВВ) с установленной в нем кольцевой кумулятивной металлической облицовкой клиновидного сечения с полостью, обращенной к стенкам корпуса, и систему инициированного взрыва шашки ВВ из ее центра [1] Недостатком кольцевого кумулятивного трубореза является то, что он может обеспечить только кольцевой разрез трубы скважины. Такой разрез не обеспечивает вырезания нового ствола при переходе из вертикальной скважины к бурению наклонного или горизонтального ствола скважины.

В качестве прототипа выбрано устройство для перерезания труб [2] содержащее корпус с установленными в нем узлами инициирования и размещенными в поперечных плоскостях основным и дополнительным пробойниками-проникателями в виде соединенных с инициатором линейных кумулятивных зарядов ВВ с кумулятивными клиновидными облицовками. Пробойники-проникатели разнесены по высоте корпуса, расположены равномерно по окружности и смещены по азимуту друг относительно друга, причем проникатели каждого дополнительного пробойника наклонены кумулятивными выемками в сторону основного пробойника, расположенного между дополнительными, с возможностью пересечения поперечных плоскостей симметрии линейных кумулятивных зарядов основного и дополнительного пробойников.

Недостатком такого трубореза является то, что он обеспечивает только узкий кольцевой разрез трубы обсадной колонны скважины. Такого размера недостаточно для бурения при переходе из вертикального ствола скважины к бурению наклонного или горизонтального ствола скважины.

Задача изобретения заключается в том, чтобы обеспечить переход от вертикального ствола скважины к бурению наклонно-направленного или горизонтального ствола скважины, разрушая обсадную колонну и, таким образом, освобождая ствол скважины на необходимом участке ее длины протяжностью порядка нескольких метров.

Технический результат, который достигается при осуществлении изобретения, заключается во фрагментарном разрушении трубы скважины на заданном ее протяжении.

Устройство для вырезания участка колонны скважины содержит корпус, заряд ВВ с кумулятивными облицовками, расположенными равномерно по окружности, разнесенными по высоте корпуса и смещенными по азимуту на соседних уровнях.

Отличие от прототипа состоит в том, что кумулятивные облицовки выполнены в виде воронок и расположены в заряде ВВ вдоль пересекающихся винтовых линий правого и левого направлений, причем расстояние между соседними воронками не превышает трех радиусов оснований воронок.

Заряд взрывчатого вещества целесообразно выполнить составным из оболочек ВВ, окружающих кумулятивные облицовки, вставок из ВВ между отмеченными оболочками, инертного материала между ними и прутка ВВ, расположенного по сои устройства, для передачи детонации.

Технический результат в предлагаемом устройстве достигается комплексным воздействием пробивного действия кумулятивных облицовок, ослабляющего прочность стенок трубы, с последующим растяжением трубы от фугасного воздействия ВВ, приводящим к ее разрушению на фрагменты.

Выполнение кумулятивных облицовок в форме воронок обеспечивает их высокое пробивное действие относительно клиновидных облицовок в прототипе.

Как уже отмечалась выше, труба колонны при действии устройства подвергается комплексному разрушающему воздействию: в трубе под действием кумулятивного эффекта кумулятивных воронок прожигаются отверстия, и от интегрального (фугасного) действия ВВ стенки трубы растягиваются.

Прожигание отверстий с помощью кумулятивных воронок ослабляет прочность трубы, что приводит при последующем расширении трубы к быстрому разрушению стенок в виде трещин, появляющихся между прожигаемыми в стенках отверстиями.

При таком комплексном разрушающем действии размещение кумулятивных воронок вдоль пересекающихся винтовых линий правого и левого направлений обеспечивает такое расположение образуемых в стенках трубы отверстий, при котором обеспечивается наиболее эффективное ослабление прочности трубы.

Отверстия прожигаются вдоль пересекающихся винтовых линий правого и левого направлений, которые поперечны, к направлению растяжения стенок трубы, удлиняющихся по окружности. Такое расположение отверстий провоцирует быстрое возникновение трещин между отверстиями и разрушение стенок трубы на отдельные фрагменты в виде ромба. Фрагменты трубы осыпаются вниз и освобождают участок скважины для забуривания из вертикального ствола в горизонтальный ствол, т.е. позволяют достичь планируемого технического результата.

Ограничение расстояния между соседними кумулятивными воронками не более трех радиусов воронок обеспечивает достаточную степень ослабления прочности стенок трубы и появление трещин между отверстиями и разрушение стенок трубы на фрагменте при ее расширении.

Выполнение заряда ВВ составным из оболочек ВВ, окружающих кумулятивные облицовки, вставок ВВ между оболочками, инертного материала между ними и прутка ВВ по оси устройства для передачи детонации обеспечивает радикальное направление выхода детонации ВВ и оболочкам ВВ вокруг кумулятивных воронок и вставок из ВВ. При этом обеспечивается наибольшая эффективность пробивного действия кумулятивных воронок и максимальное растягивающее действие взрыва на разрушаемую трубу колонны скважины, что позволяет уменьшить общее количество используемого ВВ.

Отметим, что воздействие от кумулятивных воронок в предлагаемом устройстве обеспечивает ослабление прочности трубы, т.е. воронки имеют новое функциональное назначение.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для вырезания участка трубы колонны скважины; на фиг. 2 вариант конструкции устройства при выполнении заряда ВВ составным; на фиг. 3 иллюстрируется характер разрушения трубы скважины; на фиг. 4, 5 сечения по А-А на фиг. 1 и по В-В на фиг. 2.

Предлагаемое устройство содержит корпус 1, заряд ВВ 2, кумулятивные облицовки в виде воронок 3, расположенные в заряде ВВ 2 вдоль пересекающихся винтовых линий правого и левого направлений, капсюль-детонатор 4 для инициирования детонации и пруток ВВ 5 для передачи детонации к заряду ВВ 2.

Работает устройство следующим образом. Подрывается капсюль-детонатор 4, возбуждающий детонацию прутка ВВ 5, которая передается к заряду ВВ 2. Детонационная волна подходит к кумулятивным воронкам 3. Воронки схлопываются, образуя кумулятивные струи.

Кумулятивные струи обладают высоким прожигающим действием и образуют в стенках трубы отверстия. Затем в результате интегрального (фугасного) действия взрыва заряда ВВ 2 труба расширяется по радиусу со скоростью 0,5-1 км/с и стенки трубы растягиваются. Прочность стенок трубы после прожигания в ней отверстий уменьшена. В результате этого расширение трубы приводит к быстрому появлению трещин по винтовым линиям, вдоль которых образованы отверстия, так как они поперечны растяжению стенок трубы, направленному по окружности. Прожигаемые в стенках отверстия распределены по трубе по пересекающимся винтовым линиям правого и левого направлений. Поэтому появление трещин между отверстиями приводит к разрушению стенки на фрагменты в форме ромба.

После уменьшения давления продуктов взрыва ВВ фрагменты трубы осыпаются в низ скважины и освобождают стенки для забуривания перехода к наклонно-направленному или горизонтальному стволу скважины.

Вариант использования устройства с меньшим количеством ВВ реализуется в конструктивной схеме, показанной на фиг. 2.

Предлагаемое устройство в этом исполнении содержит корпус 1, составной взрывчатый заряд, содержащий кумулятивные облицовки в виде воронок 3, расположенных вдоль пересекающихся винтовых линий правого и левого направлений, инертный материал 4, вставки ВВ 5 между оболочками ВВ 2, капсюль-детонатор 6 для инициирования детонации, пруток ВВ 7 для передачи детонации к оболочкам ВВ 2 и вставкам из ВВ 5.

Работает устройство аналогично устройству на фиг. 1.

Были проведены испытания макета предлагаемого устройства, имеющего кумулятивные воронки из меди диаметром у основания 38 мм, с разрушением стальных стенок трубы толщиной 14 мм, наружный диаметр трубы составлял 120 мм. Испытания подтвердили характер разрушения стенки комплексным воздействием от кумулятивных воронок и фугасного действия взрыва. Стенки были разделены на фрагменты по трещинам, возникающим между отверстиями, образованными кумулятивным действием воронок. Максимальный размер фрагментов составлял 50 мм.

Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает технико-экономическим преимуществом, заключающемся в том, что обеспечивает фрагментарное разрушение участка стальной трубы скважины протяженностью в несколько метров, что облегчает переход от вертикальной скважины к бурению наклонно-направленного или горизонтального ствола скважины.