Кумулятивный заряд перфоратора
Владельцы патента RU 2432452:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский Государственный Технический Университет (RU)
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для использования в прострелочно-взрывной аппаратуре для вторичного вскрытия продуктивных пластов. Технический результат - увеличение притока нефти или газа в полость трубы скважины за счет увеличения удельной площади вскрытия обсадной колонны при сохранении достаточной глубины перфорации. Кумулятивный заряд перфоратора содержит корпус, в котором размещена осесимметричная шашка взрывчатого вещества с открытой полостью, при этом к поверхности полости прилегает кумулятивная облицовка, состоящая из конической и сферической или эллиптической кумулятивных частей, сопряженных между собой. Коническая кумулятивная часть является вершиной кумулятивной облицовки, а сферическая или эллиптическая кумулятивная часть имеет продольные кумулятивные канавки. 2 ил.
Предлагаемое техническое решение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для использования в прострелочно-взрывной аппаратуре для вторичного вскрытия продуктивных пластов (перфорации нефте- и газодобывающих скважин).
Кроме того, предлагаемый кумулятивный заряд может быть использован в других отраслях для создания отверстий, перебивания элементов конструкций и разрушения материалов с использованием энергии взрыва.
В настоящее время наиболее широкое применение для перфорации обсадных колонн и прилегающей породы получили кумулятивные заряды с конической формой кумулятивной выемки. Эти перфораторы хорошо зарекомендовали себя при прострелочно-взрывных работах на скважинах и обеспечивают неплохую пробивную способность, создавая перфорационные каналы глубиной (750…1000) мм и диаметром входного отверстия (8..10) мм [Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам в скважинах [Текст] / под ред. Н.Г.Григоряна. - М.: Недра, 1990. - 198 с.; Гайворонский И.Н. Современные методы вторичного вскрытия пластов [Текст] / И.Н.Гайворонский, В.М. Тебякин, А.А.Хальзов // Нефтяное хозяйство. - 2003. - №5. - С.43-46; Прострелочные и взрывные работы в скважинах [Текст] / Н.Г.Григорян, С.А.Ловля, Г.Г.Шахназаров [и др.]. - М.: Недра, 1992 - 303 с.].
С целью снижения гидродинамического несовершенства скважин разработчики при создании новых конструкций зарядов для перфорации, как правило, стремятся увеличить глубину пробиваемых перфорационных каналов.
Известен, например кумулятивный заряд (патент RU 2193152 С2, МПК7 F42B 1/028, 19.08.1999), содержащий металлический корпус, заполненный взрывчатым веществом, на торцевой стенке которого установлен промежуточный детонатор, а с противоположной стороны корпуса - кумулятивная выемка с облицовкой, обращенная своей вершиной в сторону детонатора. Облицовка выемки выполнена в виде набора кольцевых секций, поперечный профиль каждой из которых имеет форму полуовала.
Изобретение позволяет значительно увеличить пробивную способность кумулятивной струи.
Недостатком этого заряда (как и зарядов для глубокой перфорации других конструкций) является маленький начальный диаметр канала, сужающийся по его длине, причем узкая часть каналов либо вообще не работает, либо работает непродолжительное время. Кроме того, при заканчивании скважин с интенсикацией нефтепотока (например, при планировании гидроразрыва пласта), а также в неукрепленных коллекторах с пескопроявлением первостепенное значение имеет не глубина перфорационного канала, а величина его диаметра.
Специально созданные для этих целей осесимметричные кумулятивные заряды с эллиптической кумулятивной выемкой (заряды типа «Big Hole») ведущих отечественных и мировых производителей пробивают в обсадной колонне отверстия с начальной площадью (2…7) см2, однако глубиной не более (140…220) мм. [Каталоги Halliburton, Schlumberger, ФКП «Чапаевский механический завод» и др.].
В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому устройству кумулятивный заряд перфоратора (заявка RU 2005120959 А, МПК7 Е21В 43/117, 04.07.2005). Этот заряд содержит корпус, в корпусе размещена осесимметричная шашка взрывчатого вещества, имеющая открытую полость. К поверхности полости шашки прилегает облицовка, которая выполнена сопряжением сферической и конической частей.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение притока нефти или газа в полость трубы скважины за счет увеличения удельной площади вскрытия обсадной колонны при сохранении достаточной глубины перфорации.
Технический результат достигается тем, что кумулятивный заряд перфоратора, содержащий корпус, в котором размещена осесимметричная шашка взрывчатого вещества с открытой полостью, к поверхности полости прилегает кумулятивная облицовка, состоящая из конической и сферической или эллиптической кумулятивных частей, сопряженных между собой, причем коническая кумулятивная часть является вершиной кумулятивной облицовки, а сферическая или эллиптическая кумулятивная часть имеет продольные кумулятивные канавки.
На фиг.1 изображена конструкция кумулятивного заряда перфоратора;
на фиг.2 - поперечное сечение кумулятивного заряда перфоратора на уровне сферической части.
На чертежах: 1 - корпус заряда, 2 - заряд взрывчатого вещества, 3 - кумулятивная облицовка заряда.
Работа предлагаемого устройства.
Инициирующий импульс передается заряду ВВ (2) посредством, например, детонирующего шнура. Работу заряда условно можно разделить на две стадии. На первой стадии из верхней части облицовки (конической кумулятивной части) (3) формируется высокоскоростная кумулятивная струя, которая, внедряясь в преграду, проделывает перфорационный канал, при этом обеспечивается большая глубина пробития, по сравнению с использованием зарядов со сферической или эллиптической кумулятивной облицовкой такого же диаметра.
На второй стадии работы заряда из сферической (эллиптической) кумулятивной части облицовки (3) формируется компактное быстролетящее тело, которое при взаимодействии с преградой увеличивает диаметр канала, пробитого высокоскоростной кумулятивной струей, до значений, получаемых при применении зарядов со сферической или эллиптической кумулятивной облицовкой. Сферическая часть облицовки представляет собой сегмент сферы, и выбор его геометрических характеристик основан на известных принципах и положениях (для достижения кумулятивного эффекта), то же относится и к эллипсной кумулятивной части. При использовании сферической или эллипсной формы части кумулятивной облицовки увеличивается соответственно площадь входного отверстия или объем перфорационного канала. Выбор формы между сегментом сферы и сегментом эллипса зависит от целей конкретной задачи и базируется на известных законах кумуляции.
Наличие продольных кумулятивных выемок (фиг.2) в сферической (эллипсной) части облицовки позволяет сформировать дополнительные кумулятивные потоки (кумулятивные «ножи»), которые двигаются по направлению к преграде впереди компактного тела, образующегося из сферической (эллиптической) части облицовки, и совершают дополнительную работу по увеличению площади входного отверстия и объема перфорационного канала.
Продольные кумулятивные канавки в поперечном сечении могут иметь клиновидную или полукруглую (полуовальную) форму, т.е. любую форму, позволяющую достичь кумулятивного эффекта. В сферической части облицовки заряда, сечение которой представлено на фиг.2, выполнено 16 клиновидных кумулятивных выемок.
Количество продольных кумулятивных канавок n, причем 2≤n≤πd, где d - внешний диаметр кумулятивной облицовки у ее основания.
Изменение количества и геометрических характеристик продольных кумулятивных канавок позволяет регулировать площадь входного отверстия и глубину формируемого перфорационного канала.
Таким образом, применение зарядов предлагаемой конструкции позволяет увеличить диаметр входного отверстия перфорационных каналов, по сравнению с использованием кумулятивных зарядов с конической кумулятивной выемкой, и глубину пробития преград, по сравнению с применением зарядов с полусферической или полуэллипсной кумулятивной облицовкой.
Пример конкретного выполнения. Испытаны заряды, имеющие диаметр кумулятивной облицовки 38,9 мм, высоту конусной части, равную половине общей высоты облицовки, эллиптическую кумулятивную часть с 16 продольными клиновидными кумулятивными канавками. Испытания проводились по комбинированной мишени, представляющей собой стальную пластину толщиной 10 мм и бетонный блок толщиной 500 мм, выдержанный при затвердевании в воде в течение 28 дней. В результате испытаний зарядов получены перфорационные каналы глубиной (350…370) мм и диаметр входного отверстия (25…27) мм. Для аналогичных зарядов с эллиптической формой кумулятивной облицовки эти параметры соответственно составляют (200…250) мм и (18…20) мм, а для зарядов с конической кумулятивной облицовкой (750…800) мм и (8…10) мм.
Кумулятивный заряд перфоратора, содержащий корпус, в котором размещена осесимметричная шашка взрывчатого вещества с открытой полостью, к поверхности полости прилегает кумулятивная облицовка, состоящая из конической и сферической или эллиптической кумулятивных частей, сопряженных между собой, отличающийся тем, что коническая кумулятивная часть является вершиной кумулятивной облицовки, а сферическая или эллиптическая кумулятивная часть имеет продольные кумулятивные канавки.
