КОРПУСНОЙ КУМУЛЯТИВНЫЙ ПЕРФОРАТОР ДЛЯ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к нефтегазовой промышленности и, в частности, к перфорации скважин с применением корпусных кумулятивных перфораторов, предназначенных для сохранения обсадных колонн от возможных разрушений.
В последнее время при вскрытии продуктивных пластов большой мощности используют корпусные секционные кумулятивные перфораторы большой длины. Выполнение корпуса в виде секций повышает удобство транспортировки, сборки в полевых условиях и производительности работ, осуществляемых в скважинах. Однако наличие дополнительных соединений в корпусе, наиболее часто используемых резьбовых, ограничивает возможности использования перспективного направления. Именно соединение оказывается слабым звеном от действия внутреннего давления в корпусе, являющегося следствием фугасного эффекта, сопровождающего взрыв кумулятивных зарядов. Отрицательные эффекты наблюдаются в большей степени в перфораторах с большим количеством секций, поскольку они имеют большую суммарную мощность кумулятивных зарядов.
Известен корпусной кумулятивный перфоратор для скважины, включающий корпус в виде секций из труб, соединенных резьбой через переводник, кумулятивные заряды с их оснасткой и узлами передачи взрывной волны от секции к секции, помещенные в корпусе и ориентированные перпендикулярно его оси (см., например, патент RU 2270911). Недостатком известного устройства является то, что сразу после срабатывания зарядов в корпусе, разделенном на отдельные полости переводниками, возникает избыточное давление от мгновенно выделяющихся газов при высокой температуре. Такое давление жесткое, носит пиковый характер и создается в разрозненных полостях корпуса малого объема, успевая до его разрядки в скважину через вскрываемые отверстия корпуса ограниченного сечения произвести разрушающее воздействие на самые уязвимые узлы корпуса - соединения, в частности, резьбовые. При этом известный перфоратор не обеспечивает возможность применения кумулятивных зарядов необходимой (увеличенной) мощности с необходимой плотностью их размещения по всей длине корпуса (сохранения заданной плотности), поскольку переводники имеют достаточно большую длину (мертвую зону), на которой кумулятивные заряды не могут быть размещены. По этой причине зачастую затруднено обеспечение равномерной плотности по всей длине интервала перфорации или, в ряде случаев, принципиально не может быть обеспечено. Более того, при применении известного перфоратора может быть разрушен его корпус, а в скважину могут попасть части перфорационной системы в процессе производства перфорационных работ, что может привести либо к аварийным ситуациям, либо к необходимости осуществления долговременных ремонтных операций, ведущих к длительной остановке скважины. Кроме того, жесткие (не компенсированные) ударные воздействия в зоне перфорации на обсадную колону скважины и цементный камень за этой колонной не выдерживают ударных нагрузок от массированных взрывов секционных перфораторов и также разрушаются.
С учетом перечисленных недостатков известных конструкций, техническим результатом при реализации заявленного решения является повышение надежности работы корпусного кумулятивного секционного перфоратора при обеспечении необходимой максимальной плотности размещения кумулятивных зарядов по всей длине корпуса и обеспечение более щадящего режима воздействия в зоне перфорации на обсадную колонну и цементный камень в ее заколонном пространстве, а также в упрощении процесса снаряжения и сборки перфоратора, в том числе, в полевых условиях.
Поставленный технический результат достигается тем, что в корпусном кумулятивном перфораторе однократного применения, включающем корпус в виде секций и помещенные в секциях по всей длине с заданной плотностью установки кумулятивные заряды с оснасткой, соединенные детонирующим шнуром, новым является то, что секции соединены непосредственно друг с другом с образованием общей проходной внутренней полости по длине корпуса, а детонирующий шнур выполнен в виде отрезков, равных длине соответствующих секций.
Возможность достижения поставленного результата в заявленном перфораторе обусловлена следующим. Как указано выше, в известных типовых корпусных секционных кумулятивных перфораторах с соединениями на переводниках, глухих или с малым проходным сечением, при срабатывании перфорационной системы происходит множественное разрушение корпуса в местах соединения секций перфоратора с переводником - самом нагруженном и уязвимом месте корпусных кумулятивных перфораторов. На первый взгляд, очевидным решением в этом случае являлось бы выполнение корпуса более прочным. Однако, такое упрочнение приводит к необходимости разработки нестандартного оборудования, перерасходу материала, утяжелению конструкции, необходимости применения на устье скважины более громоздкого грузоподъемного оборудования и уменьшению внутреннего проходного сечения всего корпуса, что ограничивает возможности по размещению кумулятивных зарядов и их мощности.
Заявленное решение значительно упрощает конструкцию перфоратора. Так, достаточно лишь выполнить корпус практически одинакового проходного сечения по его длине (с единой внутренней полостью) за счет соединения секций резьбовым соединением по типу «труба в трубу». Обеспечение одинакового внутреннего проходного сечения резко снижает темп роста в общей полости секций избыточного давления. Давление компенсируется сжатием среды большего объема в полости корпуса, что снижает величину нагрузок на соединения. При дальнейшем срабатывании остальных секций кумулятивного перфоратора избыточное давление в них не развивается до опасных величин, поскольку тут же разгружается в полнопроходном сечении корпуса по всей длине перфорационной системы.
При вышеописанной схеме работы устройства резко снижаются и нагрузки в стволе скважины на элементы ее конструкции, поскольку рассредоточено энерговыделение кумулятивных зарядов и исключены пиковые - ударные нагрузки на обсадную колонну в зоне перфорации и цементный камень в ее заколонном пространстве. Более того, наличие общей полости значительного объема в секционном корпусе большой протяженности обеспечивает компенсацию взрывных нагрузок и щадящий режим воздействия на вышеупомянутые элементы конструкции скважины.
Применение детонирующего шнура в виде отрезков, равных длине соответствующих секций, существенно упрощает процесс сборки и снаряжения перфоратора, поскольку исключает необходимость пропуска целого шнура через все секции перфоратора. Соединение отрезков детонирующего шнура в заявленной конструкции осуществляет, в частности, посредством бустерного соединения.
Полезная модель иллюстрируется общим видом заявленного перфоратора. Корпусной кумулятивный перфоратор однократного применения включает корпус в виде секции 1 с глухими окнами 2 и секции 3 с глухими окнами 4, соединенных резьбовым соединением 5 непосредственно друг с другом по типу «труба в трубу» (остальные секции условно не показаны). В результате такого соединения обеспечено практически одинаковое проходное сечение по длине корпуса. В секционном корпусе в секции 1 помещены кумулятивные заряды 6, в секции 3 - кумулятивные заряды 7, а также оснастка в виде кабеля 8 и узла 9 передачи взрывной волны от секции к секции (показано условно на примере одного узла). Элементы 10 предназначены для крепления узла 9 в корпусе. Они не перекрывают сечения корпуса, показаны условно и могут быть выполнены, например, в виде решетки. Кумулятивные заряды 6, 7 помещены в корпусе по всей его длине с заданной плотностью установки, независимо от места их нахождения относительно соединений труб, например, резьбового соединения 5, поскольку резьбовое соединение - небольшой длины и ни в коей мере не препятствует заданному порядку размещения кумулятивных зарядов 6, 7 (предельно уменьшена мертвая зона). Кумулятивные заряды 6, 7 ориентированы под заданным углом относительно оси корпуса, например, наклонно или перпендикулярно относительно оси корпуса корпуса и в сторону собственной секции. Секция 1 корпуса, например, имеет кумулятивные заряды 6 с ускоренным срабатыванием на 5-10 микросекунд в сравнении с кумулятивными зарядами 7 секции 3. Кумулятивные заряды 6 могут быть приняты и меньшей мощности, все или частично, по сравнению с мощностью кумулятивных зарядов 7. При необходимости, секция с зарядами меньшей мощности может быть выполнена более короткой в сравнении со смежными секциями или секцией; кроме того, секция с зарядами меньшей мощности может быть размещена из условия нахождения в скважине против пропластков продуктивного пласта с минимальными дренирующими свойствами или в зоне, опасной по вскрытию пластовых вод. Секция 1 (принято условно) выполняет функцию разгрузочной секции от давления при срабатывании кумулятивных зарядов 7 в секции 3. Корпус выполнен герметичным и заполнен средой малой плотности, например, воздухом.
При этом могут быть приняты дополнительные меры, кроме упомянутых выше, по снижению нагрузок на соединения корпуса, в том числе и решения по ориентации кумулятивных зарядов и последовательности их работы, как это было отмечено выше. При этом устройство не ограничивает прочие возможности по оптимизации работы кумулятивных зарядов в общем корпусе с единой внутренней полостью.
Устройство работает следующим образом.
После сборки устройства необходимой длины на устье скважины осуществляют его спуск в скважину на установленную глубину. Осуществляют подрыв кумулятивных зарядов по схеме короткого ускорения, например, на 7 микросекунд, в срабатывании кумулятивных зарядов 6. В результате подрыва кумулятивных зарядов 6 единая полость корпуса значительных размеров компенсирует взрывную нагрузку небольшой части кумулятивных зарядов - только упомянутых кумулятивных зарядов 6. При этом резьбовые соединения не испытывают перегрузок. Под действием взрыва кумулятивных зарядов 6 в секции 1 вскрываются окна 2. Через них происходит разгрузка компенсированного внутреннего избыточного давления в ствол скважины от кумулятивных зарядов 6. При последующем срабатывании кумулятивных зарядов 7 секции 3 избыточное давление беспрепятственно разгружается через существующие - ранее вскрытые окна 2 и вновь вскрываемые окна 4. В результате корпус выдерживает взрывные нагрузки и, более того, компенсирует их за счет единой полости корпуса.
Щадящий режим подрыва кумулятивных зарядов и компенсация давления взрыва в единой полости корпуса значительного объема снижает нагрузки на обсадную колонну и цементный камень в зоне перфорации.