УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ КУМУЛЯТИВНОГО ПЕРФОРАТОРА ОТ НЕСАНКЦИОНИРОВАННОГО ИНИЦИИРОВАНИЯ

Устройство относится к нефтегазодобывающей промышленности и может найти применение при осуществлении перфорации в скважинах.
Известно устройство защиты кумулятивного перфоратора от несанкционированного инициирования по патенту РФ на полезную модель №137331, МПК Е21В 43/117, опубл. 10.02.2014 г.
Это устройство содержит корпус с внутренней полостью, поршень, размещенный в сквозном отверстии в нижней части корпуса, детонационный узел, включающий электродетонатор, присоединенный к размещенному в первой бустерной втулке первому бустеру посредством детонационного шнура. Второй бустер со вторым детонационным шнуром размещен во второй бустерной втулке, закрепленной в предохранительной втулке. В поршне размещены предохранительная втулка с детонационным узлом и пружина. Пружина одним концом опирается в торец предохранительной втулки с детонационным узлом, а другим - в поршень. Поршень имеет на торце конусообразное углубление. В предохранительной втулке выполнен паз, в который одним концом установлен штифт, другой конец которого установлен в пазу поршня. В предохранительной втулке выполнено несквозное отверстие, в которое установлен палец с конусообразным внешним концом, с поперечным отверстием и внутренним концом, между которым и дном несквозного отверстия установлена пружина.
Недостаток: низкая надежность защиты от несанкционированного инициирования.
Известно устройство защиты кумулятивного перфоратора от несанкционированного инициирования по патенту РФ на полезную модель №137330, МПК Е21В 43/117, опубл. 10.02.2014 г.
Это устройство защиты кумулятивного перфоратора от несанкционированного инициирования содержит корпус с внутренней полостью, токоввод в сборе, электропровод, биметаллическое замыкающее устройство, расположенное во внутренней полости корпуса и включенное последовательно в разрыв электропровода. Биметаллическое замыкающее устройство состоит из двух нормально разомкнутых контактов, разделенных втулкой из изоляционного материала. Рядом с одним из контактов расположена пластина из биметаллического материала.
Недостаток: низкая надежность срабатывания устройства (конкретно его чувствительного элемента - биметаллической пластины) из-за зависимости момента срабатывания от температуры нефтесодержащих продуктов в конкретной скважине.
Известно устройство защиты кумулятивного перфоратора от несанкционированного инициирования по патенту РФ на полезную модель №137055, МПК Е21В 43/117, опубл. 27.01.2014 г.
Устройство защиты кумулятивного перфоратора от несанкционированного инициирования (вариант 2) содержит головку перфоратора, электрический провод. Оно снабжено присоединенным к головке перфоратора переходником, внутри которого размещены корпус предохранителя с неподвижным контактом, приклеенная к торцу корпуса предохранителя эластичная мембрана с присоединенным к ней подвижным контактом. Неподвижный контакт и подвижный контакт присоединены в разрыв электрического провода. Между эластичной мембраной и внутренней поверхностью корпуса предохранителя расположена пружина. Роль устройства перемещения подвижного контакта выполняет подпружиненная мембрана.
Недостаток: низкая надежность срабатывания устройства защиты из-за различных упруго-механических свойств мембран, которые зависят от толщины мембраны и ее материала, которые отличаются в разных партиях. При воздействии температуры и при длительном хранении механические свойства мембраны изменяются и это влияет на момент срабатывания устройства.
Известно устройство для защиты кумулятивных перфораторов от несанкционированного инициирования по патенту РФ на полезную модель №168116, МПК Е21В 43/117, опубл. 18.01.2017 г., прототип.
Это устройство содержит корпус, кабельную головку, в которой установлена центральная жила кабеля, к которой присоединен центральный контакт, выполненный подвижным, средство перемещения центрального контакта, электродетонатор с центральным токовводом, на торце центрального контакта выполнена игла, а средство перемещения центрального контакта выполнено в виде подпружиненного поршня, внутри которого установлен центральный контакт, который электрически изолирован от поршня по всей длине, поршень подпружинен при помощи амортизатора, амортизатор установлен между поршнем и прижимной шайбой.
Задача создания полезной модели: повышение термостойкости кумулятивных перфораторов.
Достигнутый технический результат: повышение термостойкости кумулятивных перфораторов.
Решение указанной задачи достигнуто в устройстве защиты кумулятивного перфоратора от несанкционированного инициирования, содержащем корпус, кабельную головку, в которой установлена центральная жила кабеля, к которой присоединен центральный контакт, выполненный подвижным, средство перемещения центрального контакта, электродетонатор с центральным токовводом, на торце центрального контакта выполнена игла, а средство перемещения центрального контакта выполнено в виде подпружиненного поршня, внутри которого установлен центральный контакт, который электрически изолирован от поршня по всей длине, поршень подпружинен при помощи амортизатора, который установлен между поршнем и прижимной шайбой, тем, что амортизатор выполнен из термостойкого материала.
Амортизатор может быть выполнен из вспененного фторопласта.
Может быть применен фторопласт 40.
Амортизатор может быть выполнен из металлорезины.
Для изготовления металлорезины может быть применена проволока из нержавеющей стали.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах фиг. 1-7, где:
- на фиг. 1 приведено устройство в сборе,
- на фиг. 2 приведены электровводы электродетонатора,
- на фиг. 3 приведена схема установки устройства в скважину,
- на фиг. 4 приведен амортизатор,
- на фиг. 5 приведен амортизатор из вспененного фторопласта,
- на фиг. 6 приведен амортизатор их металлорезины,
- на фиг. 7 приведен вид спирали для изготовления металлорезины.
Условные обозначения, примененные в описании:
1 - кабельная головка,
2 - центральная жила кабеля,
3 - коническая резиновая манжета,
4 - центральный контакт,
5 - изоляция,
6 - корпус,
7 - средство перемещения центрального контакта,
8 - поршень,
9 - амортизатор,
10 - игла,
11 - электродетонатор,
12 - бустер,
13 - верхний переводник,
14 - шайба,
15 - детонирующий шнур,
16 -трубка,
17 - прижимная шайба,
18 - шайба резиновая,
19 - втулка каркаса,
20 - корпус перфорационной системы,
21 - корпус детонатора,
22 - центральный электроввод,
23 - боковой электроввод,
24 - изолятор,
25 - электрический мостик,
26 - отверстие,
27 - диэлектрическая пленка,
28 - перфоратор,
29 - скважина,
30 - продуктивный пласт,
31 - геофизический кабель,
32 – взрывмашинка,
33 - вспененный фторопласт,
34 - поры,
35 - металлорезина,
36 - проволока.
Устройство (фиг. 1-6) состоит из кабельной головки 1, внутри которой проходит центральная жила кабеля 2, электрически связанная с центральным контактом 4. В корпусе 6 установлено средство перемещения центрального контакта 7 в виде поршня 8. Поршень 8 подпружинен амортизатором 9. Внутри поршня 8 установлен центральный контакт 4, который электрически изолирован по всей длине изолятором 5. К верхней части центрального контакта 4 прикреплена центральная жила кабеля 2, на которую надевается коническая резиновая манжета 3, обеспечивающая герметичность центрального контакта 4, затем к корпусу 6 прикручивается кабельная головка 1. В нижней части центрального контакта 4 находится игла 10. Устройство прикручивается к верхнему переводнику 13, в который заранее устанавливается электродетонатор 11, имеющий центральный электроввод 22, заклеенный диэлектрической пленкой 27 (фиг. 2), зазор между иглой 10 и центральным электровводом 22 электродетонатора 11 обеспечивается амортизатором 9, выполненным резиновым (фиг. 1). На втулку каркаса 19 перфорационной системы устанавливается трубка 16, сквозь которую проходит детонирующий шнур 15, который выступает за край трубки 16. На детонирующий шнур 15 устанавливается шайба 14, на оставшуюся, выступающую часть детонирующего шнура 15 устанавливается бустер 12 и фиксируется. Верхний переводник 13 присоединяют к корпусу перфорационной системы 20, при этом вся сборка: трубка 16, детонирующий шнур 15, шайба 14 и бустер 12 входят в нижнее отверстие верхнего переводника 13.
Бустер 12 встает относительно электродетонатора 11 по центру, шайба 14 имеет отверстие меньше, чем диаметр бустера 12, что не позволяет бустеру 12 при срабатывании электродетонатора 11 перемещаться, так как шайба 14 закреплена на трубке 16.
На фиг. 2 приведена схема подключения к электродетонатору 11.
Электродетонатор 11 (фиг. 2) содержит корпус детонатора 21, центральный электроввод 22, боковой электроввод 23, разделенные изолятором 24, электрический мостик 25, соединяющий электровводы 22 и 23.
Электровводы 22 и 23 установлены в корпусе детонатора 21, точнее в отверстии 26, выполненном по центру вдоль оси, и закрыты диэлектрической пленкой 27. Электродетонатор 11 установлен в перфораторе 28 (фиг. 3), который опущен в скважину 29 в районе продуктивного пласта 30 на геофизическом кабеле 31 и присоединен к взрывмашинке 32.
Особенностью устройства является то, что амортизатор 9 выполнен из термостойкого материала.
Амортизатор 9 может быть выполнен из вспененного фторопласта 33, содержащего поры 34 (фиг. 4 и 5).
Достаточно высокая химическая стойкость фторопласта, высокая термостойкость, отсутствие набухания делают этот материал идеальным материалом при производстве пористых изделий из фторопласта в виде пластин, втулок, стержней, лент и пленок с плотностью от 0,7 до 1,8 гр/см.кв с размером пор от 1 до 60 мкм и выше. Размеры пористых втулок выпускаются по согласованию с Заказчиком. Пористость изделий определяется расчетом по их плотности, а размер пор - с помощью микроскопа.
Фторопласт выпускают нескольких марок, в том числе: фторопласт 2, фторопласт 3 и фторопласт 4. Фторопласт работает при температурах от 160 до 200°С (табл. 1).
Фторопласты почти всех марок работают при температуре +150°С, а фторопласт 40 до +200°С.
Для применения при более высоких температурах амортизатор 9 может быть выполнен из металлорезины 35 (MP). Металлорезина 35 выполнена из спрессованной по форме амортизатора 9 в виде цилиндра из спрессованной проволоки 36 диаметром d, навитой по спирали диаметром D (фиг. 7).
Металлорезина или металлический аналог резины разработан в СГАУ в 1960-е годы. У истоков создания технологии изготовления и исполнения устройств из материала MP стояли видные ученые-эспериментаторы СГАУ: проф. А.М. Сойфер, проф. А.И. Белоусов, канд. техн. наук: В.Н. Бузицкий, Г.В. Лазуткин, А.А. Тройников, Ю.И. Байбородов и многие другие.
Материал MP представляет собой однородную упругопористую массу, полученную холодным прессованием определенным способом уложенной, растянутой и дозированной по весу металлической проволочной спирали (фиг. 6 и 7). В качестве исходного материала для изготовления MP применяется тонкая металлическая проволока различных марок. Марка проволоки определяется условиями работы детали из MP: температурным режимом, наличием агрессивной среды, характером приложения нагрузки и т.д.
В условиях эксплуатации, исключающих коррозию, и при работе в температурном режиме окружающей среды (200-300°С) обычно применяется проволока марок 35ХГСА, 50ХФА и пр., при более высоких температурах до 500°С и агрессивных средах - из нержавеющих сталей типа 11Х18Н10Т, ЭИ-708, ЭП-322. Диаметр используемой проволоки определяется размерами изготавливаемой детали, требованиями к ее механическим (прочностным) качествам.
В большинстве практических случаев используется проволока диаметром от 0,03 до 0,3 мм.
Для изготовления деталей из материала MP используется спираль, полученная прокаткой проволоки между диском и роликом или намоткой на нить, которая впоследствии удаляется (выжигается или растворяется).
Процесс навивания спирали осуществляется пластическим деформированием проволоки на вращающемся коническом керне при обкатывании его роликом. Необходимые при этом соотношения усилий прижатия керна к ролику, натяжение проволоки подбирается опытным путем.
В процессе навивания каждый предыдущий виток спирали за счет упругих сил проволоки увеличивает свой диаметр и свободно смещается с керна последующим витком, обеспечивая непрерывность навивания на постоянно выбранном диаметре. Диаметр спирали определяет упругие и демпфирующие свойства элемента и лежит практически в пределах от 2,0 мм.
На полуавтомате конструкции можно навивать спираль из проволоки диаметром D=0,1…0,5 мм. Диаметр спирали определяется диаметром керна и находится в пределах (5-15)d.
Работа устройства
При спуске перфоратора 28 в скважину 29 (фиг. 3) при определенном давлении скважинной жидкости поршень 8 (фиг. 1) начинает перемещаться, сжимая амортизатор 9. Игла 10 протыкает диэлектрическую пленку 27 (фиг. 2) и упирается в центральный электроввод 22 электродетонатора 11, обеспечивая хорошую электрическую связь с центральным контактом 4 (фиг. 1). Земляной контакт обеспечивается прижимной шайбой 17. Плотное поджатие прижимной шайбы 17 обеспечивается шайбой резиновой 18 (фиг. 1). Такое присоединение электродетонатора 11 в электрическую цепь вне устья скважины 29, т.е. не на поверхности, а в самой скважине 29 снижает аварийность пристрелочно-взрывных работ.
Для задействования перфоратора 28 на него подают электрический импульс с взрывмашинки 32 (фиг. 3).
В случае несрабатывания электродетонатора 11 в скважине 29 при подъеме происходит снижение давления скважинной жидкости, амортизатор 9 перемещает поршень 8 с иглой 10 в исходное состояние, размыкая электрическую цепь. Это обеспечит непрохождение случайного электрического сигнала к электродетонатору 11.
При необходимости из вспененного фторопласта и металлорезины могут быть выполнены и другие детали устройства.
Применение полезной модели позволило:
- обеспечить более надежную защиту перфоратора для нефтегазодобывающих скважин от несанкционированного инициирования зарядов перфоратора при более высоких температурах в скважине,
- упростить конструкцию устройства.