устройство для перфорации буровых скважин

Формула изобретения

Устройство для перфорации буровых скважин, содержащее несущую ленту и гирлянду кумулятивных зарядов с общей линией их последовательного подрыва в виде детонирующего шнура с цилиндрической сердцевиной, отличающееся тем, что оно снабжено рядом инициирующих головок, каждая из которых выполнена с гнездом для присоединения кумулятивного заряда, поперечным каналом, заполненным детонирующим ВВ, его входами, инициирующим зарядом, размещенным в донной части гнезда, и осевым каналом, заполненным детонирующим ВВ и соединяющим поперечный канал и инициирующий заряд, а детонирующий шнур выполнен в виде отрезков, соединенных с входами поперечных каналов, при этом последние имеют диаметр, одинаковый с диаметром осевых каналов, а длина поперечных и осевых каналов составляет соответственно две и три величины их диаметра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к взрывным устройствам для вскрытия продуктивных пластов нефтегазовых скважин.

Известно устройство для перфорации буровых скважин, содержащее каркас, помещенную на нем гирлянду кумулятивных зарядов (КЗ) осевого действия и детонирующий шнур, примыкающий с определенным усилием натяжения своей боковой поверхностью к кумулятивным зарядам со стороны, противоположной их кумулятивным выемкам [1]

Недостатком устройств такого типа является то, что в них инициирование взрывчатых веществ (ВВ) кумулятивных зарядов, являющихся в данном случае пассивными, осуществляется действием на них продуктами взрыва активного заряда (сердцевина ДШ), детонационная волна в котором движется в направлении, перпендикулярном оси кумуляции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для перфорации буровых скважин, содержащее несущую ленту и гирлянду кумулятивных зарядов с общей линией их последовательного подрыва в виде детонирующего шнура (ДШ) с цилиндрической сердцевиной (2).

Недостатком этого устройства является то, что возбуждение взрывчатого превращения в кумулятивных зарядах этого перфоратора осуществляется по схеме с наименьшей надежностью: ударной волной на "скользящей" детонации, когда начальное среднее давление и удельный импульс продуктов детонации с боковой поверхности ДШ при действии на плоскую преграду в 2 раза меньше, чем с его торца.

При наличии инертных прокладок (оболочка ДШ и корпус заряда) эта схема передачи детонации очень чувствительна к изменениям плотности контакта. Поэтому ее используют в крайних случаях при жестком обеспечении расчетных требований.

В нефтегазовых скважинах эксплуатационная температура перфоратора может составлять 100-120^oС. Разогрев ДШ до таких температур приводит к его удлинению не менее 1 мм/м даже при оплетке из стеклонитей с коэффициентом температурного расширения 8х10^-6 град^-1, что вызывает ослабление контакта ДШ с корпусом заряда.

Отмеченные факторы могут привести к снижению инициирующего импульса до критической величины, при которой реализуется в пассивном заряде переходная область низкоскоростной детонации по значительному его объему.

Предотвратить рассмотренные негативные факторы можно только за счет существенного увеличения удельной массы ДШ, что влечет необходимость уменьшения числа КЗ на единицу длины интервала перфорации, либо повышение динамических нагрузок взрыва на колонну скважины.

Необходимость натяжения ДШ в существующих перфораторах требует повышенной жесткости подвески, а также введения элементов строгой фиксации каждого КЗ в гирлянде, что ведет к существенному усложнению конструкции и появлению нежелательных осколков в скважине после взрыва.

Соединяя КЗ существующих перфораторов детонирующим шнуром по кратчайшему расстоянию для обеспечения плотности прилегания ДШ к зарядам, невозможно варьировать задержками взрывов отдельных зарядов с целью снижения ударных воздействий на колонну и ее цементное уплотнение в затрубье.

Техническим результатом изобретения является создание устройства для перфорации буровых скважин, которое обеспечивало бы надежное инициирование КЗ при одновременном снижении удельной массы ВВ. Технический результата, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в обеспечении надежного инициирования каждого кумулятивного заряда перфоратора и осевой симметрии формирующихся в них детонационных волн, уменьшении удельной массы ВВ инициирующего тракта, упрощении подвески перфоратора и снижении динамических нагрузок на колонну скважины.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для перфорации буровых скважин, содержащее несущую ленту и гирлянду кумулятивных зарядов с общей линией их последовательного подрыва в виде детонирующего шнура с цилиндрической сердцевиной снабжено рядом инициирующих головок, каждая из которых выполнена с гнездом для присоединения кумулятивного заряда, поперечным каналом, заполненным детонирующим ВВ, его входами, инициирующим зарядом, размещенным в донной части гнезда, и осевым каналом, заполненным детонирующим ВВ и соединяющим поперечный канал и инициирующий заряд, а детонирующий шнур выполнен в виде отрезков, соединенных с входами поперечных каналов, при этом последние имеют диаметр, одинаковый с диаметром осевых каналов, а длина поперечных и осевых каналов составляет соответственно две и три величины их диаметра.

Сущность изобретения заключается в том, что такое выполнение устройства позволяет осуществить инициирование КЗ с осевой детонацией в "падающей" ударной волне, движущейся в направлении оси заряда, в отличие от "скользящей" (боковой) детонации в известных устройствах.

Экспериментально показано, что при осевой детонации инициирование происходит даже при зазорах порядка 1 мм.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства для перфорации буровых скважин, а на фиг. 2 общий вид инициирующей головки.

Устройство состоит из несущей ленты 1, на которой крепится гирлянда инициирующих головок 2, соединенных между собой отрезками детонирующего шнура 3. Каждая из инициирующих головок 2 имеет поперечный канал 4, заполненный детонирующим ВВ и осевой канал 5, также заполненный детонирующим ВВ. Осевой канал 5 пересекается под прямым углом с поперечным каналом 4. К поперечному каналу 4 подходят отрезки детонирующего шнура 3, которые подсоединяются к головке 2 герметично, например, на клею. В инициирующей головке со стороны выхода осевого канала 5 выполнено гнездо 6 для подсоединения кумулятивного заряда 7. В донной части гнезда 6 размещен инициирующий заряд ВВ, к которому подходит осевой канал 5.

Устройство работает следующим образом. Вначале производят сборку гирлянды линии подрыва кумулятивных зарядов, состоящей из инициирующих головок 2 и отрезков ДШ 3. При сборке этой гирлянды длиной отрезков ДШ 3 производят регулировку времени замедления взрывания КЗ 7. Расстояние между перфорационными отверстиями, которые должны быть выполнены в скважине, определяют, например, расстоянием между отверстиями, выполняемыми в несущей ленте 1. Далее в эти отверстия может быть вставлен кумулятивный заряд 7, который посредством, например, резьбового соединения крепят одновременно к инициирующей головке 2 и несущей ленте 1. Может быть предусмотрена и другая конструкция крепежного узла, например, посредством шплинтов, байонетного соединения и т.д.

После сборки всего устройства его опускают в скважину на несущей ленте 1 и производят инициирование главной линии ДШ. При этом для обеспечения надежности передачи детонации и достаточной прочности линии инициирования целесообразно применять малогабаритные шнуры в алюминиевой оболочке с сердцевиной из ТЭНа либо его пластифицированного аналога с диаметром сердцевины не менее 1,5 мм. Такой же диаметр должны иметь каналы 4 и 5, выполненные в инициирующей головке и заполненные тем же ВВ.

Применение изобретения упрощает сборку гирлянды секции с различным числом инициирующих головок и позволяет изготавливать и собирать эти секции в специализированных мастерских, доставляя гирлянду на скважину в готовом виде. Установка КЗ может производиться при спуске подвески перфоратора в скважину, что существенно повышает безопасность работ.