ВЗРЫВАТЕЛЬ ДЛЯ ПРОСТРЕЛОЧНО-ВЗРЫВНОЙ АППАРАТУРЫ (ПВА)

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, к прострелочно-взрывным работам в скважинах, а конкретно - к взрывным головкам кумулятивных перфораторов, спускаемых в скважины на насосно-компрессорных трубах (НКТ).
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание универсального малогабаритного взрывателя, который может быть использован с перфораторами различного поперечного сечения, начиная от 42 мм до максимального, а также с любыми типоразмерами НКТ и других труб.
Из предшествующего уровня техники известны конструкции взрывателей для прострелочно-взрывной аппаратуры, например, устройство для возбуждения детонации в кумулятивных перфораторах, спускаемых в Скважины на НКТ, по свидетельству на полезную модель RU 30389 (публикация от 27.06.2003). Это устройство содержит корпус и размещенные в нем ударный механизм и узел инициирования детонации, причем полость корпуса сообщается через наклонные отверстия в нем со скважиной, а узел инициирования детонации гидравлически изолирован от скважины уплотнительными элементами, при этом ударный механизм имеет втулку с седлом для сбрасываемого через колонну НКТ шара и ударник, размещенный внутри втулки и удерживаемый в ней при помощи узла фиксации, который 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.
Недостаток данной конструкции заключается в том, что имеется ограничения по применению данной конструкции, которые определяются внутренним диаметром скважины, диаметром НКТ, используемых для спуска, и наружным габаритом ПВА.
Известна конструкция головки взрывной гидромеханической ВГМ73 ТУ №4316-020-07623615-96 (см. журнал «Каротажник», №61, 1999 г.), включающая массивный корпус с переходником, внутри которого размещены механическое детонирующее устройство (МДУ) на основе бризантного взрывчатого вещества (БВВ), и состыкованный с ним ударный механизм, включающий свой корпус с фланцем и зафиксированные относительно этого корпуса втулку и ударник, который устанавливают утопающим заподлицо с торцом корпуса ударного механизма с возможностью перемещения втулки и освобождения ударника в момент приведения в действия взрывателя. Освобождение ударника в момент приведения в действие взрывателя осуществляют или ударом штанги, или путем прокачки резинового шара через НКТ. Данная конструкция по количеству сходных признаков и решаемой задачи наиболее близка заявляемому изобретению и поэтому выбрана в качестве наиболее близкого аналога.
Недостатком головки ВГМ73 является то, что, имея наружный габарит диаметром 73 мм и соответствующие присоединительные поверхности (резьбовую и посадочную), головка не может применяться с перфораторами меньших габаритов и в скважинах диаметром менее 90 мм. Кроме того, ВГМ73 может спускаться в скважины на НКТ с внутренним проходным диаметром только не менее 50 мм.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является расширение диапазона применения взрывателя при оптимизации компоновки и упрощении конструкции путем выполнения взрывателя с минимально возможными габаритами за счет исключения переходника и массивного корпуса и обеспечения возможности применения с ПВА широкого типоразмерного ряда и с НКТ разного диаметра и в различных обсадных колоннах скважин от минимальных до максимальных. Дополнительным техническим результатом, который может быть достигнут при использовании полезной модели, является повышение надежности срабатывания взрывателя и упрощение монтажа с ПВА за счет выполнения узлов взрывной головки в виде простых отдельных конструктивных элементов, легко собираемых друг с другом, а также использования соединений, не требующих при монтаже специального оборудования.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что взрыватель для ПВА содержит, кроме общих с прототипом признаков, также и отличительные.
Общими признаками прототипа и заявляемого изобретения являются: ударный механизм, включающий корпус с фланцем и зафиксированные относительно корпуса втулку и ударник с возможностью перемещения втулки и освобождения ударника в момент приведения в действие взрывателя и состыкованный с МДУ, выполненным на основе БВВ.
Отличительные признаки заявляемого изобретения по сравнению с прототипом следующие: на наружной поверхности корпуса ударного механизма со стороны установки МДУ выполнена резьба, а на фланце выполнены фаски, образующие место под ключ для вкручивания ударного механизма в корпус ПВА.
Кроме того, резьба на наружной поверхности корпуса ударного механизма выполнена метрической с шагом 2 мм и на длине, составляющей 0,3-0,5 длины участка корпуса от торца со стороны установки МДУ до фланца.
Наличие резьбы и поверхности под ключ позволяет производить установку ударного механизма с МДУ непосредственно в ПВА, что дает возможность отказаться от крупногабаритных деталей - корпуса и переходника и изменить функцию фланца на корпусе ударного механизма, который теперь служит для закручивания головки в посадочное место перфоратора, а не для поджатая и удерживания ударного механизма в переходнике головки. При этом выполнение корпуса ударного механизма с резьбой на наружной поверхности позволяет снять ограничение на размер ПВА и применять взрыватель с разными типоразмерами перфораторов, обеспечивая этим их спуск в любые скважины на разных НКТ.
Выполнение резьбы на участке, длина которого составляет 0,3-0,5 длины участка корпуса от торца со стороны установки МДУ до фланца, позволяет обеспечить надежное соединение ударного механизма с ПВА с сохранением герметичности этого соединения. При этом увеличивается длина участка разгона ударника, что приводит к повышению скорости удара по бойку МДУ и, как следствие, увеличению вероятности безотказного срабатывания взрывателя.
На фиг. 1 схематично представлен пример конкретного выполнения заявляемого взрывателя, в качестве которого может быть взрывная головка кумулятивного перфоратора, спускаемого в нефтегазовые скважины на НКТ, где:
1 - корпус ударного механизма с фланцем;
2 - втулка ударного механизма;
3 - ударник;
4 - шарик;
5 - срезаемый штифт;
6 - пружинное кольцо;
7 - МДУ;
8, 9 - резиновые кольца;
10 - боек МДУ.
Схема соединения взрывателя с перфоратором и НКТ, предназначенной для спуска ПВА в скважину, показана на фиг. 2. Здесь вначале взрывная головка 11 вкручивается и закрепляется в перфораторе 12, к которому затем при помощи нижней стандартной муфты 13 от НКТ крепится патрубок 14. Далее посредством верхней муфты 13 патрубок 14 соединяется с НКТ и производится спуск ПВА в скважину.
Головка состоит из ударного механизма и МДУ 7 на основе БВВ с бойком 10. В корпусе 1 ударного механизма расположен ударник 3, который фиксируется стальными шариками 4, упирающимися во внутреннюю поверхность втулки 2, закрепленной на корпусе 1 с помощью срезаемых штифтов 5, удерживаемых от выпадения пружинным кольцом 6. Для обеспечения свободного доступа скважинной жидкости к ударнику 3 во втулке 2 выполнены сквозные продольные пазы. К нижней части корпуса 1 ударного механизма посредством внутренней резьбовой поверхности подсоединено МДУ 7. Для герметизации внутренней полости головки служат резиновые кольца 8 и 9. Крепление головки к ПВА производится по метрической резьбе с шагом 2 мм, имеющейся на корпусе 1 ударного механизма и в посадочном месте ПВА. Расстояние от торца корпуса 1 ударного механизма со стороны установки МДУ до фланца равно 35 мм. Резьба для крепления головки к ПВА выполнена на участке длиной 15 мм. Для обеспечения возможности закручивания головки в корпус перфоратора при помощи ключа на фланце корпуса 1 ударного механизма выполнены лыски.
Работа заявляемого устройства происходит следующим образом. После установки перфоратора в требуемом интервале перфорации через устьевую задвижку внутрь колонны НКТ, на которой он спущен в скважину, сбрасывается металлическая штанга (ломик). Двигаясь под действием собственного веса, штанга достигает торца втулки 2 ударного механизма, при ударе которой срезаются штифты 5 и втулка 2 сдвигается в сторону фланца корпуса 1, освобождая одновременно с этим шарики 4. В результате этого ударник 3 выходит из зацепления с корпусом 1 ударного механизма и, разогнавшись под действием давления скважинной жидкости, ударяет по бойку 10 МДУ 7, вызывая срабатывание последнего. Детонация от МДУ 7 передается в усилитель передачи детонации и далее в детонирующий шнур, с помощью которого последовательно инициируются расположенные в корпусе перфоратора кумулятивные заряды. В сильно наклонных и горизонтальных скважинах взрывная головка может приводиться в действие резиновым шаром, который сбрасывается внутрь колонны НКТ. Двигаясь вниз под действием собственного веса и потока прокачиваемой насосом или компрессором жидкости, шар достигает торца втулки 2 ударного механизма, перекрывая одновременно с этим суженный в этой зоне канал патрубка 14 (фиг. 2). Под действием усилия, возникающего с появлением в этом случае на резиновом шаре перепада давления, штифты 5 (фиг. 1) срезаются и втулка 2 сдвигается вниз, освобождая при этом из зацепления с корпусом 1 ударного механизма ударник 3. Далее, как и в предыдущем случае, происходит детонация МДУ 7 и инициирование кумулятивных зарядов перфоратора. Следует отметить, что для срабатывания головки и возбуждения детонации в МДУ 7 в скважине должно быть минимально необходимое давление жидкости.
Работоспособность конструкции взрывной головки, выполненной по приведенной на фиг. 1 схеме, подтверждена экспериментально в лабораторных условиях.