кумулятивный перфоратор

Формула изобретения

1. Кумулятивный перфоратор, содержащий неразрушающийся при взрыве корпус в виде трубы, в корпусе посредством деталей крепления установлены кумулятивные заряды, соединенные детонирующим шнуром со взрывателем, отличающийся тем, что в качестве зарядов используют детонирующие удлиненные заряды с продольной кумулятивной выемкой, на внешней поверхности корпуса перфоратора выполнены продольные проточки длиной, не меньшей длины заряда, расположенные по спирали со смещением 0-180° и шагом, равным либо превышающим длину заряда, причем детонирующие удлиненные заряды фиксированно установлены напротив проточек на расстоянии от внутренней поверхности трубы, равном фокусному расстоянию заряда.

2. Кумулятивный перфоратор по п.1, отличающийся тем, что детонирующие удлиненные заряды с продольной кумулятивной выемкой используются совместно с осесимметричными кумулятивными зарядами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для вторичного вскрытия продуктивных пластов в разведочных и эксплуатационных нефтяных и газовых скважинах.

Известно, что самой оптимальной формой перфорационного канала в скважине является вертикальная щель большой протяженности. Такая форма перфорационного канала, в отличие от точечной перфорации, вскрывает все без исключения флюидопроводящие каналы продуктивного пласта. Кроме того, она способна самоочищаться от заиливания, что значительно продлевает срок устойчивой эксплуатации скважины (Нефтяное хозяйство, №3, 1995 г.).

В настоящее время существуют лишь механические устройства, способные выполнять продольные щели. Например, устройство для образования щелей в стенках скважины (Патент №2030563 С1, МПК⁶ Е 21 В 43/11, 07.05.1990) содержит цилиндрический корпус, в котором размещены двигатель глубинный, режущий орган на поворотной оси, а также размещенные между ними механизмы передачи вращения, подачи и возврата режущего органа. Режущий орган выполнен в виде зубчатой цепи с режущими твердосплавными элементами с зубчатым колесом, совмещенным с шестерней привода, с одним периферийным и с несколькими промежуточными несущими катками. Они связаны между собой опорным плечом двуплечего рычага. Ось зубчатого колеса совмещена с осью жестко связанной с ним шестерни привода передачи вращения от двигателя и одновременно с осью вращения двуплечего рычага, сочлененного двухшарнирным рычагом с кольцевым поршнем гидроцилиндра механизма подачи и возврата, дополнительно снабженного возвратной пружиной. Механизм передачи вращения зубчатому колесу цепи выполнен в виде насаженного на полый вал двигателя маховика, торец которого снабжен зубьями цилиндроконической передачи момента через паразитную шестерню привода зубчатого колеса цепи. Маховик выполнен полым с осевым коническим промывочным каналом, ось которого совмещена с осью цепи в месте посадки последней на зубчатое колесо.

Основным препятствием для широкого использования механических щелевых перфораторов является сложность обеспечения устойчивости работы режущего органа и механизма передачи вращения в скважинных условиях, т.к. механические нагрузки могут достигать предельных значений, что зачастую вызывает поломку этих узлов. К недостаткам подобных устройств следует также отнести малую глубину проникновения режущего органа, а также большую трудоемкость работ по перфорации стенок скважины.

Щелевые перфорационные каналы создают также с помощью гидропескоструйной перфорации. Существует гидроабразивный перфоратор (Патент №2212526 С1, МПК⁷ Е 21 В 43/114, 21.05.2002), который обеспечивает повышение степени вскрытия продуктивного пласта посредством перфорирования скважин гидроабразивной струей направленного действия. Устройство содержит корпус, на котором размещен соединительный элемент для соединения с насосно-компрессорной трубой. Верхнее и нижнее сопла установлены ярусно относительно оси корпуса. Устройство содержит винтовой механизм для поступательно-вращательного перемещения корпуса. Оси верхнего и нижнего сопел лежат в плоскости, наклоненной к оси корпуса под углом, равным углу наклона винтовой линии механизма для поступательно-вращательного перемещения корпуса.

Однако сложность и трудоемкость процесса (как и при перфорации механическими устройствами) и, особенно, обязательное присутствие в промывочной жидкости абразива, разрушающего технологическое оборудование, препятствуют широкому распространению гидропескоструйной перфорации.

Большое значение имеет фактор времени: продолжительность механического резания перфорационных отверстий значительно больше по сравнению, например, с точечной кумулятивной перфорацией, где использование энергии направленного взрыва позволяет за кратчайшее время создать перфорационные отверстия.

По этим и многим другим причинам основной объем работ по вскрытию пластов производится именно кумулятивными перфораторами. Преимуществами кумулятивных перфораторов также являются их способность работать в условиях высоких температур и значительных гидростатических давлений. Кумулятивные перфораторы надежно вскрывают пласты горных пород, простреливают несколько рядов обсадных труб и затрубных цементных колец и образуют глубокие каналы в продуктивных пластах. Кумулятивные перфораторы являются, кроме того, наиболее дешевым средством перфорации и, что немаловажно, легко транспортируемым в связи с их малыми массово-габаритными характеристиками.

Хотя кумулятивная перфорация в основном и применяется в настоящее время, но здесь существуют особые трудности. При такой перфорации эффективность притока скважины после прострелочно-взрывных работ зависит, в том числе, от глубины проникновения, фазировки, плотности выстрелов и диаметра отверстия. Во всех случаях производительность скважины увеличивают за счет применения перфораторов с высокой плотностью выстрелов, в связи с тем, что увеличение количества отверстий приводит к усилению притока углеводородов в скважину. Однако для сохранения прочности обсадной колонны и, учитывая габариты зарядов, число перфорационных отверстий не может быть сколь угодно большим (обычно не более 7-20 на 1 метр длины).

Анализ результатов перфорации показал, что даже при оптимальном выборе параметров устройства для точечной кумулятивной перфорации рабочая поверхность скважин не превышает 0,17 м². В то время как при щелевой перфорации рабочая поверхность скважин достигает 0,28 м².

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является кумулятивный перфоратор (патент RU 1607476 А1, МПК⁶ Е 21 В 43/117, 28.03.1989), содержащий неразрушающийся при взрыве корпус в виде трубы, в котором посредством деталей крепления установлены кумулятивные заряды, соединенные детонирующим шнуром со взрывателем. С целью повышения эффективности работы перфоратора путем увеличения пробивной способности за счет обеспечения возможности увеличения габарита каждого заряда и устранения дополнительных препятствий на пути кумулятивной струи при одновременном повышении его надежности и упрощении конструкции, он снабжен индивидуальными герметичными оболочками, в каждой из которых размещен кумулятивный заряд, а в боковой стенке корпуса выполнены ориентированные перпендикулярно оси корпуса сквозные отверстия, в которых установлены герметичные оболочки с зарядами.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение притока нефти или газа в полость трубы скважины за счет увеличения удельной площади вскрытия обсадной колонны.

Технический результат достигается тем, что в кумулятивном перфораторе, содержащем неразрушающийся при взрыве корпус в виде трубы, в корпусе посредством деталей крепления установлены кумулятивные заряды, соединенные детонирующим шнуром со взрывателем, в качестве зарядов используют детонирующие удлиненные заряды с продольной кумулятивной выемкой, на внешней поверхности корпуса перфоратора выполнены продольные проточки длиной, не меньшей длины заряда, расположенные по спирали со смещением 0-180° и шагом равным либо превышающим длину заряда, причем детонирующие удлиненные заряды фиксировано установлены напротив проточек на расстоянии от внутренней поверхности трубы, равном фокусному расстоянию заряда, кроме того, детонирующие удлиненные заряды с продольной кумулятивной выемкой могут быть использованы совместно с осесимметричными кумулятивными зарядами.

Работа предлагаемого устройства аналогична работе кумулятивных перфораторов, т.е. инициирующий импульс передается заряду посредством детонирующего шнура, а создание перфорационных каналов производится путем простреливания. Однако перфоратор предлагаемой конструкции имеет серьезное преимущество в эффективности действия, связанное с использованием детонирующих удлиненных зарядов (ДУЗ) с продольной кумулятивной выемкой (используемых вместо осесимметричных), которые позволяют значительно увеличить удельную площадь вскрытия пласта. В данном случае посредством формы заряда достигается прорезание обсадной колонны, цементного кольца и продуктивного пласта так называемым кумулятивным «ножом», при этом концентрация энергии взрыва фокусируется не в одну точку, а в линию. Таким образом, речь идет о щелевой перфорации, но посредством кумулятивного заряда.

Наличие продольных проточек на внешней поверхности корпуса устройства снижает затраты энергии на прорезание металлического корпуса, давая возможность наибольшего проникновения кумулятивного «ножа» в породу, то есть для увеличения пробивной способности устройства. В данном устройстве проточки располагаются на корпусе с заданным шагом и фазировкой таким образом, чтобы обеспечить целостность корпуса устройства. В некоторых случаях проточки могут быть заменены на сквозные прорези, перекрываемые мембранами, что не меняет сущности устройства.

Пример конкретного выполнения. Использован корпус перфоратора диаметром 89 мм. На корпусе выполнены щелевые проточки длиной 70 мм со смещением 120° и шагом 100 мм. В корпусе установлены ДУЗы с продольной кумулятивной выемкой. Длинна ДУЗов - 70 мм, их поперечный размер - 40 мм. Испытания проводились на комбинированной мишени, состоящей из 10 мм стали и 600 мм бетона. В результате испытания устройства получена щель длиной 67 мм и шириной 11 мм, глубина пробития мишени - 310 мм.