УСТРОЙСТВО УДАРНОЕ К ИНИЦИИРУЮЩЕЙ ГОЛОВКЕ ПРОСТРЕЛОЧНО-ВЗРЫВНОЙ АППАРАТУРЫ

Техническое решение относится к срабатывающим от давления ударным механическим взрывателям и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности.
Известно устройство для детонации запальной головки перфоратора, содержащее взрывное устройство перфорирования, срабатывающее при сбрасывании с устья скважины штанги (US №4804044, МПК Е21В 43/116, 14.02.89).
Известно устройство для приведения в действие запальной головки перфоратора за счет кинетической энергии удара штанги, сбрасываемой с устья скважины внутрь колонны труб перфоратора (GB №2076450 МПК Е21В 43/116 от 1980).
Известно устройство для приведения в действие спускаемого в скважину на насосно-компрессорных трубах перфоратора, содержащее корпус и размещенные в нем ударный механизм и узел инициирования детонации, причем полость корпуса сообщена через наклонные отверстия в нем со скважиной, а узел инициирования детонации гидравлически изолирован от скважины уплотнительными элементами, ударный механизм имеет втулку с седлом для сбрасываемого через колонну насосно-компрессорных труб шара и ударник, размещенный внутри втулки и удерживаемый при помощи узла фиксации, снабженный направляющей гильзой, в окнах которой тангенциально установлены ролики, взаимодействующие с ударником через выемки на его внешней поверхности, причем форма окон и выемок повторяет форму боковой поверхности роликов, втулка имеет пазы для выхода роликов, а снаружи узел фиксации и верхняя часть направляющей гильзы закрыты от корпуса защитной манжетой (RU 30389 U1, Е21В 43/1185, 27.06.2003).
Недостатком известных решений является их ненадежность, т.е. возможность случайного срабатывания от предметов, попавших в полость скважины в процессе спуско-подъемных операций, и невозможность срабатывания при низком гидростатическом давлении в скважине, а также не ремонтопригодность для повторного использования.
Наиболее близким из известных является взрыватель для прострелочно-взрывной аппаратуры, содержащий корпус с переходником, внутри которого размещены механическое детонирующее устройство (МДУ) на основе бризантного взрывчатого вещества, и пусковой механизм, включающий в себя корпус и зафиксированные относительно него стакан и шток, с возможностью перемещения стакана и освобождения штока в момент приведения в действие взрывателя, а между пусковым механизмом и МДУ дополнительно установлен скрепленный с ними ударно-предохранительный механизм, который включает в себя корпус, с зафиксированным в нем ударником, ползун, выполненный в форме стакана, охватывающего корпус с ударником, и пружину, размещенную между дном ползуна и ударником, с возможностью перемещения ползуна, сжатия пружины и освобождения ударника при движении штока за счет срезания штифтов, зафиксированных от выпадения пружинным кольцом. Шток может выступать за торец корпуса пускового механизма на высоту, превышающую величину хода ползуна, требуемую для сжатия пружины до рабочего усилия и освобождения ударника.
Наличие пружины, постоянно находящейся в поджатом состоянии, а также пружинного кольца, воздействующего на торцы срезных штифтов, снижает надежность срабатывания устройства в целом, поскольку металл пружины, находящейся в постоянно поджатом состоянии, имеет ограничения по потере упругих свойств. Пружинное кольцо, контактирующее с торцами срезаемых штифтов, может в процессе их срезания привести к созданию дополнительной силы трения срезанных торцов по поверхности скольжения, что также снижает надежность срабатывания устройства. Кроме того, отсутствует возможность регулирования усилия срезания штифтов в зависимости от величины давления в полости насосно-компрессорных труб (НКТ) в месте размещения прострелочно-взрывной аппаратуры, что также отрицательно влияет на надежность срабатывания всего устройства.
Техническим результатом заявляемого устройства является повышение надежности и возможности его повторного использования (при замене штифтов) за счет расширения диапазона функционирования устройства при проведении прострелочно-взрывных работ на НКТ.
Достигается это тем, что устройство ударное к инициирующей головке прострелочно-взрывной аппаратуры содержит образованный соединенными между собой верхней и нижней частями корпус, верхняя часть которого выполнена в виде обращенного дном вверх стакана со сквозным радиальным каналом в его боковой поверхности, а нижняя - в виде втулки с внешним кольцевым упором и внутренним кольцевым ограничителем перемещения поршня, и ударник, который подвижно установлен в нижней части сквозного вертикального канала размещенного в полости стакана поршня, причем в стакане между его внутренней цилиндрической поверхностью и внешней поверхностью поршня размещена обойма с образованными по ее высоте радиальными сквозными отверстиями для срезных штифтов одного типоразмера, соосными радиальным сквозным отверстиям для срезных штифтов, образованным в поршне, внутренняя поверхность которого в зоне размещения срезных штифтов ограничена обоймой, полость которой сообщена с радиальным каналом стакана, при этом ударник временно зафиксирован от перемещения шариком, входящим меньшей частью его сферической поверхности в углубление, выполненное в теле ударника, а большей частью сферической поверхности - в сквозной радиальный канал, образованный в поршне, причем ниже места размещения шарика с внешней стороны поршня у его сквозного радиального канала и с внутренней стороны обоймы выполнены конусные проточки с возможностью размещения в них части сферической поверхности шарика при срезании штифтов и движении поршня. При этом для обеспечения надежности продольные срезных штифтов расположены в одной вертикальной плоскости или равномерно в вертикальных плоскостях, проходящих через продольную ось устройства, а вертикальный канал нижней части корпуса может быть закрыт колпачком, контактирующим с внешним кольцевым упором втулки.
Существенность признаков доказана тем, что все признаки независимого пункта формулы полезной модели необходимы и достаточны для реализации указанного технического результата.
На фиг. 1 представлено устройство ударное к инициирующей головке прострелочно-взрывной аппаратуры, вид-разрез.
На фиг. 2 устройство ударное, вид сверху.
Устройство ударное к инициирующей головке прострелочно-взрывной аппаратуры монтируется в инициирующей гидравлической головке, присоединяемой посредством универсального переходника для присоединения к перфорационной системе.
Устройство ударное к инициирующей головке прострелочно-взрывной аппаратуры содержит образованный соединенными между собой верхней и нижней частями корпус 1, верхняя часть которого выполнена в виде обращенного дном вверх стакана 2 со сквозным радиальным каналом 3 в его боковой поверхности. Нижняя часть корпуса 1 выполнена в виде втулки 4 с внешним кольцевым упором 5 и внутренним кольцевым ограничителем 6 перемещения поршня 7. Ударник 8 подвижно установлен в нижней части сквозного вертикального канала размещенного в полости стакана поршня 7. В стакане 2 между его внутренней цилиндрической поверхностью и внешней поверхностью поршня размещена обойма 9 с образованными по ее высоте радиальными сквозными отверстиями 10 для срезных штифтов 11 одного типоразмера, соосными радиальным сквозным отверстиям 12 для срезных штифтов, образованным в поршне 7. Внутренняя поверхность поршня 7 в зоне размещения срезных штифтов 11 ограничена обоймой 13. Полость обоймы 13 сообщена с радиальным каналом стакана 2. Ударник 8 временно зафиксирован от перемещения шариком 14, входящим меньшей частью его сферической поверхности в углубление, выполненное в теле ударника 8, а большей частью сферической поверхности - в сквозной радиальный канал, образованный в поршне 7. Ниже места размещения шарика 14 с внешней стороны поршня 7 у его сквозного радиального канала и с внутренней стороны обоймы 9 выполнены конусные проточки 15 с возможностью размещения в них части сферической поверхности шарика при срезании штифтов и движении поршня. Вертикальный канал нижней части корпуса 1 закрыт колпачком 16, контактирующим с внешним кольцевым упором втулки.
Ударное устройство реализовано в виде корпуса с расположенным в нем втулкой, стаканом, поршнем, ударником, обоймой с установленными в ней срезными штифтами. При этом количество срезных штифтов рассчитывается в зависимости от величины гидростатического давления в заданном интервале перфорации. Шарики установлены таким образом, что ударник надежно зафиксирован, что совместно с установленными срезными штифтами исключает преждевременное срабатывание устройства. Головка приводится в действие путем создания в полости НКТ давления, превышающее заданное гидростатическое давление, на величину, соответствующую количеству установленных срезных штифтов, причем, после создания избытка давления, поршень перемещаясь вниз вдоль обоймы срезает штифты, при этом шарики, удерживающие ударник смещаясь по проточкам, высвобождают ударник, который под действием давления ударяет по детонатору накольного типа.
При срабатывании устройства детонации головки происходит детонация первичного заряда взрывчатого вещества, которая сопровождается воспламенением промежуточного детонатора, соединенного с запальным шнуром перфоратора, запальный шнур передает взрывную волну кумулятивным зарядам, при взрыве которых образуются струи взрывчатого газа, проходящие через обсадную трубу и проникающие в формацию.
Технико-экономическим эффектом предлагаемого решения является повышение эффективности проведения прострелочно-взрывных работ, проводимых на НКТ, за счет возможности за одну спуско-подъемную операцию выполнять ряд технологических операций без необходимости подъема перфоратора для установки вспомогательного оборудования.