ПЕРФОРАТОР КУМУЛЯТИВНЫЙ

Полезная модель относится к кумулятивным перфораторам и предназначена для вскрытия продуктивных пластов в нефтяных, газовых и нагнетательных скважинах.
Известны кумулятивные корпусные перфораторы (см. например, описание изобретения к патенту SU 1831561 Е 21 В 43/11, дата публикации 30.07.1993. Бюл. №28). Недостатком указанных перфораторов является недостаточно высокая эффективность перфорирования, обусловленная конструкцией и применением кумулятивных зарядов одного типа.
Ближайшим аналогом к полезной модели является Корпусной скважинный кумулятивный перфоратор (см. описание изобретения к патенту RU 2215127 Е 21 В 43/117, дата публикации 27.10.2003), содержащий, по крайней мере, один корпус, один модуль в виде каркаса для размещения в нем кумулятивных зарядов, соединенными между собой детонационной цепью в виде детонационного шнура.
Недостатком Корпусного скважинного кумулятивного перфоратора является недостаточно высокая эффективность перфорирования скважин из-за выполнения перфорации одинаковыми кумулятивными зарядами.
Задачей полезной модели является повышение эффективности перфорирования скважины кумулятивными зарядами, соответствующими характеристикам и свойствам пласта.
Технический результат выражается в получении одновременно перфорационных отверстий с углами между ними, с размерами и глубиной перфорации пласта соответствующими характеристикам и свойствам пласта.
Сущность полезной модели характеризуется совокупностью признаков, включающих, по крайней мере, один корпус, один модуль в виде каркаса для размещения в нем кумулятивных зарядов, соединенных между собой детонационной цепью в виде детонационного шнура, кумулятивные заряды, обеспечивающие получение больших отверстий, и кумулятивные заряды, обеспечивающие глубокое проникновение в пласт, выполненные в одинаковых корпусах и размещенные в гнездах каркаса с фиксаторами
кумулятивных зарядов, в последовательности задаваемой с учетом свойств и характеристик пласта.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где
на фиг.1 показан вид перфоратора кумулятивного в продольном сечении;
на фиг.2 показана картина струй кумулятивных зарядов с видом сверху вдоль перфоратора;
на фиг.3 показана пространственная картина струй кумулятивных зарядов.
В процессе бурения, эксплуатации, глушения скважин происходит загрязнение призабойной зоны. Вторичное вскрытие пласта или перфорационные работы перед ГРП в идеале должны выполнять одновременно две задачи. Первая - максимальное проникновение за зону кольматации (загрязнения), вторая - максимальное снижение величины потери давления на трение флюида при фильтрации через околоканальную зону за счет максимально возможной площади. Существующие кумулятивные заряды и перфораторы не позволяют достичь этого за один спуск перфоратора.
Чаще всего применяются кумулятивные заряды двух типов. Первый тип - кумулятивные заряды, обеспечивающие получение большого диаметра отверстия при перфорировании, но при этом не обеспечивающие глубокое проникновение кумулятивной струи в пласт. Второй тип - кумулятивные заряды, обеспечивающие глубокое проникновение кумулятивной струи в пласт, но при этом не обеспечивающие получение большого диаметра отверстия при перфорировании. Как правило, кумулятивные заряды указанных типов имеют разные конструкции, в том числе и разные внешние размеры корпусов. Заряды первого типа изготавливают с медными штампованными облицовками, а заряды второго типа с прессованными порошковыми облицовками. Как правило, заряды первого типа короче по длине (см. Larry Behrmann, James E. Brooks, Simon Farrant and others, Perforating Practices That Optimize Productivity, Oilfield Review, Spring 2000, p.p.52-74). При традиционной зарядке и двух последовательных спусках перфораторов с разными типами кумулятивных зарядов взаимное расположение отверстий, полученных от действия кумулятивных струй двух разных типов кумулятивных зарядов, непредсказуемо и, как правило, получается неоптимальным в конкретном месте перфорирования пласта. При этом не достигается значительного роста отдачи пласта после осуществления перфорирования.
В заявляемом перфораторе кумулятивном предлагается использовать одновременно два или более двух типов кумулятивных зарядов с разными характеристикам, но выполненные с одинаковыми габаритными внешними размерами корпусов зарядов.
Перфоратор кумулятивный одноразовый содержит, по крайней мере, один корпус 2, один каркас 1 с размещенными в нем кумулятивными зарядами 15 и 6 с разными характеристиками, по крайней мере, двух типов, соединенными между собой детонационной цепью в виде детонационного шнура 17. Габаритные внешние размеры корпусов зарядов 15 и 6 одинаковые. В местах размещения кумулятивных зарядов 15 и 6 в каркасе 1 выполнены соответственно одинаковые гнезда 10 с фиксаторами 4 кумулятивных зарядов 15 и 6, расположенные по поверхности каркаса 1, со сдвигом вокруг оси каркаса 1. Угол сдвига гнезд 10 относительно друг друга задается с учетом характеристик пласта, например, на 30, 45, 60, 90, 120, 135 или 180 градусов. Каркас 1 снабжен центрирующими лепестками 21, расположенными по всей длине каркаса 1. Втулка 20 снабжена штифтом 14, а на корпусе 2 выполнена соответственно проточка под штифт 14. Установка штифтов 14 обеспечивает точное расположение гнезд 10, кумулятивных зарядов 15 и 6 напротив проточек 5 (скэллопов) цилиндрической формы со скругленными углами дна, выполненных на внешней поверхности корпуса 2 (фиг.1).
Электропровод 18 головки 3 крепится винтом 13 к втулке 20. Конец детонирующего шнура 17 присоединен к патрону взрывному 16 во втулке 11 внутри головки 3, расположенной на конце корпуса 2. Головка 3 служит для соединения перфоратора с кабельной головкой (на чертеже условно не показана, как не входящая в конструкцию перфоратора). На концах головки 3 имеются резьбы: на верхнем - для соединения с кабельной головкой, на нижнем - для соединения с корпусом 2. Резьбовые соединения перфоратора герметизированы уплотнительными кольцами 12 (фиг.1). В нижнем конце корпуса 2 установлен наконечник 19, имеющий отверстие, герметизированное диском 8 и резиновой пробкой 9, служащее для выхода газов в случае выгорания (без детонации) кумулятивных зарядов 15, 6 и детонирующего шнура 17. Между наконечником 19 и корпусом 2 установлены уплотнительные кольца 12. Для крепления патрона взрывного 16 и детонирующего шнура 17 может быть использована изоляционная лента.
Кумулятивные заряды 15 и 6 служат для простреливания перфорационных каналов в скважине (фиг.1 и 2).
Расположение в одном перфораторе кумулятивном одновременно кумулятивных зарядов 15 и 6, по крайней мере, указанных двух типов, обеспечивает получение различных отверстий в пласте с учетом его характеристик и свойств, а также состояния и характеристик объема пространства вокруг спущенного в скважину перфоратора кумулятивного.
Кумулятивные заряды 15, обеспечивающие получение больших отверстий, и кумулятивные заряды 6, обеспечивающие глубокое проникновение в пласт, могут быть размещены в гнездах 10 каркаса 1 перфоратора, чередуясь между собой (фиг.3).
В одном из вариантов кумулятивные заряды 15, обеспечивающие получение больших отверстий, могут быть размещены в гнездах 10 каркаса 1 перфоратора в его средней части, а кумулятивные заряды 6, обеспечивающие глубокое проникновение в пласт, соответственно размещены в гнездах 10 каркаса 1 перфоратора в верхней и нижней его частях.
В другом варианте кумулятивные заряды 15, обеспечивающие получение больших отверстий, размещены в гнездах 10 каркаса 1 перфоратора в верхней и нижней его частях, а кумулятивные заряды 6, обеспечивающие глубокое проникновение в пласт, размещены в гнездах 10 каркаса 1 перфоратора в его средней части.
Выбор вариантов размещения кумулятивных зарядов 15 и 6 в перфораторе кумулятивном определяется задачами, стоящими при принятии решения о необходимости перфорации.
Корпуса кумулятивных зарядов 15 и 6 снабжены пазами для укладки детонирующего шнура 17 и канавками для фиксации с помощью фиксаторов 7 (фиг.1). Детонирующий шнур 17 служит для передачи детонации от взрывного патрона 16 или от механической взрывной головки (на чертеже условно не показано) к кумулятивным зарядам 15 и 6. При последовательном соединении корпусов 2 на конце детонирующего шнура 17 для обеспечения сохранения детонационной цепи устанавливают бустер в переходнике с резиновой втулкой, который заменяет наконечник 19.
При спуске перфоратора на бронированном кабеле с использованием кабельной головки электроцепь в перфораторе, присоединенном к кабелю, образована токопроводящей жилой кабеля, контактом и стержнем электроввода, электропроводом 18, электродетонатором взрывного патрона 16, втулкой 11, корпусом 2 самого перфоратора и броней кабеля.
При спуске перфоратора на насосно-компрессорной трубе вместо головки 3 устанавливается переводник, который служит для соединения механической взрывной головки с перфоратором.
Работа перфоратора кумулятивного осуществляется следующим образом. После спуска в скважину и установки перфоратора на заданной глубине при спуске на кабеле подают электрический импульс, а при спуске на насосно-компрессорной трубе спускают штангу в скважину, которая приводит к срабатыванию механической взрывной головки. В обоих случаях происходит срабатывание детонационной цепи, зарядов 15 и 6. Образующиеся при взрыве кумулятивных зарядов 15 и 6 кумулятивные струи пробивают корпус 2, слой жидкости в скважине, обсадную колонну, слой цемента и образуют каналы в горной породе, обеспечивая сообщение пласта со скважиной. При этом кумулятивные заряды 15, обеспечивающие большие отверстия, пробивают отверстия с большим диаметром, но небольшой глубины. Кумулятивные заряды 6, обеспечивающие глубокое проникновение в пласт, пробивают глубокие отверстия, но небольшого диаметра (фиг.2 и 3)
Установка в перфораторе указанных кумулятивных зарядов 15 и 6 двух типов возможна в любой комбинации. Такое сочетание кумулятивных зарядов 15 и 6 позволяет одновременно получить глубокое проникновение в продуктивный пласт, в частности, за зону кольматации, и максимально большое отверстие в эксплуатационной колонне, что снижает сопротивление при движении флюида в колонну.
После отстрела перфоратор извлекают из скважины. Электроввод, головка 3, наконечник, переходник и переводник используют многократно; остальные детали перфоратора разового применения.
Возможность одновременного проведения прострелочно-взрывных работ кумулятивными зарядами с разными техническими характеристиками, размещенных в гнездах каркаса или каркасов перфоратора кумулятивного с углами между ними, с чередованием их, определяемыми характеристиками пласта, позволяет решить не только задачу сокращения продолжительности работ порядка в два раза, но и значительно улучшить качество вскрытия пласта, а это позволяет значительно увеличить добычу нефти.
Чередование зарядов возможно в любых вариациях (в шахматном порядке, в зависимости от строения пласта, с чередованием не только двух, но и трех, четырех типов зарядов).