Устройство для возбуждения детонации в скважинных кумулятивных перфораторах
APPARATUS FOR INITIATION OF DETONATION IN DOWNHOLE CUMULATIVE PERFORATORS

Изобретение относится к прострелочно-взрывной аппаратуре, а именно к средствам инициирования взрывной цепи корпусных кумулятивных перфораторов, спускаемых в нефтяные и газовые скважины на насосно-компрессорных трубах.
Известно (пм RU №30389, МПК Е21В 43/1185 от 27.06.03) устройство для возбуждения детонации в скважинных перфораторах, спускаемых в скважину на насосно-компрессорных трубах, содержащее корпус и размещенные в нем ударный механизм и узел инициирования детонации, причем полость корпуса сообщается через наклонные отверстия в нем со скважной, а узел инициирования детонации гидравлически изолирован от скважины уплотнительными элементами, при этом ударный механизм имеет втулку с седлом для сбрасываемого через колонну насосно-компрессорных труб шара и ударник, размещенный внутри втулки и удерживаемый в ней при помощи узла фиксации, отличающееся тем, что узел фиксации снабжен 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.
Недостатком этого технического решения является возможность случайного срабатывания от предметов, попавших в полость скважины в процессе спуско-подъемных операций, и невозможность срабатывания при низком гидростатическом давлении в скважине.
Известно «Устройство для возбуждения детонации в скважинных перфораторах (варианты)» по патенту RU2 272 895 от 10.08.2004, опубликовано: 27.03.2006. МПК Е21В 43/1185 (2006.01), спускаемых в скважину на насосно-компрессорных трубах через переходник, соединенный с корпусом и размещенным в нем ударным механизмом с гидравлически изолированным устройством детонации головки, при этом ударный механизм реализован в виде направляющей втулки с узлом фиксации ударника, элементы фиксирования которого взаимодействуют соответственно с ударником через выемки на его внешней поверхности и втулкой, имеющей пазы для выхода элементов фиксации, кроме того, переходник выполнен соответственно с боковыми отверстиями для доступа скважинной жидкости в полость насосно-компрессорных труб и с калибровочным отверстием, центрирующим инициирующую штангу для взаимодействия с полым наконечником с втулкой, причем движение ударника по внутренней поверхности направляющей втулки задано его массой и давлением в скважине.
Недостатком этого технического решения является отсутствие возможности работы в горизонтальных скважинах.
Известно «Устройство для возбуждения детонации в скважинных кумулятивных перфораторах» по патенту RU2612170, от 29.12.2015, опубликовано: 02.03.2017, МПК Е21В 43/1185 (2006.01), содержащее корпус и размещенные в нем ударный механизм и узел инициирования детонации, причем узел инициирования детонации гидравлически изолирован от скважины уплотнительными элементами, при этом ударный механизм выполнен в виде втулки с бойком, размещенным внутри последней и удерживаемым в ней при помощи фиксатора, при этом, в корпусе закреплена воронка с подвижно установленным ударником, выполненным с возможностью контактирования с бойком ударного механизма, на одном конце которого установлен резиновый колпачок, на другом размещены уплотнительные кольца, причем фиксатор бойка выполнен в виде цилиндрического пояска; толщина цилиндрического пояска на бойке составляет величину от 0,5 до 0,7 мм, а диаметр бойка составляет величину не более 6 мм; ударник зафиксирован от выпадения из воронки установочным винтом.
Недостатком этого технического решения также является отсутствие возможности работы в горизонтальных скважинах.
Известно техническое решение, принятое за прототип, «Устройство для возбуждения детонации в скважинных кумулятивных перфораторах» по патенту RU2685012, от 13.07.2018, опубликовано: 16.04.2019, МПК Е21В 43/1185 (2006.01), спускаемых в скважину на насосно-компрессорных трубах через переходник, соединенный с корпусом и с размещенным в нем ударным механизмом с гидравлически изолированным устройством детонации, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде двух частей - корпуса верхнего и корпуса нижнего; корпус верхний имеет циркуляционные отверстия, перекрытые ударным механизмом, состоящим из поршня и соединенного с ним с помощью резьбы штока, снабженного пружинным кольцом, установленным в центральном отверстии штока ударника, закрепленного от перемещения штифтом, втулки, соединенной со штоком посредством набора срезных штифтов, закрепляющих ударный механизм от перемещения; в корпусе верхнем расположена защищающая поршень ударного механизма от воздействия посторонних предметов стоп-шайба с вентиляционными отверстиями.
Недостатком этого технического решения является невозможность инициирования процесса механическим способом (сбрасыванием штанги или шара) при отсутствии или поломке насосного агрегата.
Технической задачей настоящего изобретения является создание устройства для возбуждения детонации в скважинных кумулятивных перфораторах с возможностью активации как механическим (сбрасыванием штанги или шара), так и гидравлическим (повышением давления в скважине) способами.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении предложенной конструкции, является кратное повышение надежности срабатывания перфораторов за счет расширения возможных способов инициирования детонации и дублирования детонационной цепи.
Задача решена за счет устройства для возбуждения детонации в скважинных кумулятивных перфораторах, спускаемых в скважину на насосно-компрессорных трубах, содержащего корпус, выполненный в виде двух частей - корпуса верхнего и корпуса нижнего и размещенные в нем ударный механизм и узел инициирования детонации, причем узел инициирования детонации гидравлически изолирован от скважины уплотнительными элементами, при этом узел инициирования детонации выполнен с возможностью как гидромеханического (штангой, шаром), так и гидравлического (повышением давления) способа возбуждения процесса детонации, причем пята ударного механизма выполнена с возможностью контактирования с двумя бойками, которыми инициированы два детонатора и детонация передана на два детонирующих шнура, каждый из которых выполнен с возможностью возбуждения передаточного заряда на перфоратор.
При сбрасывании штанги или шара ударник передает усилие на пяту при движении внутри корпуса механизма ударного, вставленного в поршень. При спуске ударник закреплен от перемещения стальными шариками.
При повышении давления в скважине поршень с установленной в нем пятой выполнены с возможностью перемещения (скольжения) внутренней поверхностью по корпусу механизма ударного и внешней поверхностью по внутренней поверхности гильзы корпуса нижнего, при этом пята ударяет по двум бойкам одновременно. При спуске поршень узла гидравлического инициирования детонации зафиксирован в корпусе ударного механизма срезными штифтами.
Обеспечение возможности инициирования перфоратора различными способами расширяет условия применения аппарата, а дублирование детонационной цепи кратно повышает надежность срабатывания перфоратора.
Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков и позволяет сделать вывод о его соответствии условию "промышленная применимость".
Устройство для возбуждения детонации в скважинных кумулятивных перфораторах изображено на чертеже, где на фиг. 1 изображен продольный разрез устройства до срабатывания.
На фиг. 1 изображены: корпус 1 верхний, корпус 2 механизма ударного, ударник 3, пята 4, поршень 5, корпус 6 нижний, гильза 7, бойки 8, детонаторы 9, детонирующие шнуры 10, заряд передаточный 11, шарики 12, штифты 13, кольца 14, циркуляционное отверстие 15, штифты медные 16, седло 17 механизма ударного. Ударный механизм содержит корпус 2 ударного механизма, выполненный цилиндрическим, причем на его наружной поверхности закреплено седло 17 посредством медных штифтов 16 и установлен поршень 5, закрепленный штифтами 13 на гильзе 7. На внутренней стороне корпуса 2 ударного механизма размещены ударник 3 и пята 4. Ударник 3 удерживается в седле 17 шариками 12. Такая конструкция обеспечивает возможность срабатывания устройства для возбуждения детонации как при механическом воздействии на седло 17, так и при гидравлическом воздействии на поршень 5. Узел инициирования детонации включает два бойка 8, два детонатора 9, два шнура 10 и два заряда 11, что повышает надежность срабатывания устройства при самых неблагоприятных условиях.
Устройство для возбуждения детонации в скважинных кумулятивных перфораторах при инициировании штангой работает следующим образом.
Инициирующая штанга (на чертеже не показана) при попадании в седло 17 механизма ударного обеспечивает срезание штифтов медных 16 и освобождение шариков 12 крепежного механизма и затем ударника 3, который, в свою очередь, под действием гидростатического давления передает энергию на торцевую часть пяты 4, которая контактирует с двумя бойками 8. Каждый из бойков бьет по ударному детонатору 9, который, срабатывая, передает взрывной импульс на детонирующий шнур 10 и заряд передаточный 11, задействующий взрывную цепь кумулятивного перфоратора.
Устройство для возбуждения детонации в скважинных кумулятивных перфораторах при инициировании шаром работает следующим образом. Для активации устройства на устье скважины подключают агрегат с насосом, (типа ЦА-320 или аналог) и доставляют шар (на чертеже не показан) по НКТ в корпус верхний 1 инициирующего устройства, содержащий циркуляционные отверстия 15. Далее процесс аналогичен инициированию штангой.
Устройство для возбуждения детонации в скважинных кумулятивных перфораторах при гидравлическом инициировании работает следующим образом. Для активации устройства на устье скважины подключают агрегат с насосом, (типа ЦА-320 или аналог) и создают избыточное давление, превышающее гидростатическое давление в интервале расположения устройства на 7-13 МПа. При достижении расчетной величины срабатывания устройства гидростатическое давление воздействует на поршень 5 и происходит срез штифтов 13.
После среза штифтов 13, освободившийся от фиксации поршень 5 в сборе с пятой 4 бьет по бойкам 8 с энергией, достаточной для надежного инициирования детонаторов 9. Далее процесс развивается аналогично гидромеханическому инициированию.
Изобретение позволяет повысить надежность устройства для возбуждения детонации в скважинных кумулятивных перфораторах за счет дублирования элементов, а также обеспечивает срабатывание устройства как от механического, так и от гидравлического воздействия.