КУМУЛЯТИВНО-ТОРПЕДНЫЙ ПЕРФОРАТОР
CUMULATIVE-PROJECTILE GUN PERFORATOR

Настоящее изобретение относится к области нефтяных скважин и, в частности, к взрывным устройствам для перфорации обсадных труб и цементного кольца для создания в породе каналов, по которым нефть и газ могут поступать в ствол скважины.
Известен кумулятивный перфоратор, в котором прострел обсадной колонны, цементного кольца и породы достигается за счет сфокусированного взрыва. При выстреле кумулятивным зарядом в породе образуется узкий канал длиной до 350 мм и диаметром в средней части 8-14 мм [1]. Недостатком этого перфоратора является небольшая глубина канала и оплавление стенок канала от высокой температуры горения кумулятивного заряда.
Известен также торпедный перфоратор, стреляющий разрывными снарядами диаметром 22 мм, создавая канал глубиной 100-160 мм по результатам испытаний [1]. На один метр длины колонны обычно делается не более четырех отверстий из-за возможности разрушения обсадной колонны. В конце канала снаряд взрывается, создавая сеть трещин, по которым осуществляется приток пластовой жидкости в канал и в скважину, существенно увеличивая ее дебит. Недостатком торпедного перфоратора является разрушение обсадной колонны, из-за чего на один метр длины колонны обычно делается не более четырех отверстий, а также небольшая глубина канала.
В изобретении «Перфоратор для нефтяной скважины и способ одновременного пробивания перфорационных отверстий в обсадной трубе нефтяной скважины и в области, окружающей нефтяную скважину(варианты)» по патенту на изобретение 2255208 C2 от 23.01.2002 предлагается тандемный скважинный перфоратор, содержащий линейный режущий заряд, инициирующее средство для детонации режущего заряда и по меньшей мере один кумулятивный заряд с инициирующим средством. Линейный режущий заряд выполнен для вырезания перфорационного отверстия в обсадной трубе. Кумулятивный заряд с полым вкладышем выполнен для создания глубоко проникающей струи, проходящей через перфорационное отверстие в обсадной трубе. Материал полого вкладыша кумулятивного заряда содержит богатый вольфрамом сплав. Этот патент может быть рассмотрен в качестве аналога.
Недостатком этого изобретения является то, что кумулятивная струя создает в породе пласта канал с оплавленными стенками, создающими дополнительное препятствие для притока в канал жидкости и газа, что уменьшает дебит скважины. Кроме того, использование в качестве вкладыша кумулятивного заряда вольфрамового сплава существенно повышает стоимость операции.
Известен также «Комбинированный перфоратор» по авторскому свидетельству SU 1661378 A1 от 28.07.1988 г., опубл. 07.07.1991, Бюл №25. Целью данного изобретения является повышение эффективности работы перфоратора за счет увеличения энергии пули и ее пробивной способности при одновременном увеличении ресурса его работы за счет повышения живучести пулевого ствола. Для этого в последнем у его дульного среза выполнены продольные пазы для прохода газов. В донной части пулевого ствола выполнена кольцевая камера, соединенная с полостью пулевого ствола радиальными каналами. В кольцевой камере размещен пороховой заряд. Продольные пазы в стволе выполнены длиной, превышающей длину пули, размещенной с возможностью перемещения пули до донной части пулевого ствола в рабочем положении. После перемещения в стволе назад под действием газов кумулятивного заряда и воспламенения порохового заряда в кольцевой камере пуля, наконец, выстреливается из ствола. После вылета из ствола пуля свободно проходит участок канала, образованный кумулятивным зарядом, и всю свою энергию тратит на дальнейшее увеличение перфорационного канала. Это авторское свидетельство может быть принято в качестве прототипа.
Недостатком этого изобретения является наличие продольных пазов в пулевом стволе, радиальных каналов, соединяющих пороховой заряд со стволом, и непосредственный контакт пули с кумулятивным зарядом. Через продольные пазы в пулевом стволе уходит часть энергии кумулятивного заряда, нарушается его центровка и он не сможет прожечь в обсадной колонне отверстие нужной (круглой) формы и размера. Сопротивление радиальных каналов, соединяющих пороховой заряд со стволом, уменьшит энергию порохового заряда, передаваемую пуле, и может вырвать все «гнездо» крепления вместе с пулевым стволом. Непосредственный контакт пули с кумулятивным зарядом и его воспламенение заставит перемещаться пулю назад, перекрывая радиальные каналы, и неизвестно успеет ли до этого воспламениться пороховой заряд и выстрелить пулей.
Этих недостатков лишен предлагаемый авторами «Кумулятивно-торпедный перфоратор», техническое решение которого заключается в том, что сразу после кумулятивной перфорации с определенными размерами и формой отверстия производится торпедная перфорация с соответствующим стволом и торпедным снарядом, расположенными соосно с кумулятивным зарядом и отделенным от него металлическим, стеклянным или другим днищем кумулятивного заряда. Размеры отверстия кумулятивной перфорации должны превышать диаметр торпедного снаряда. Ствол торпедного снаряда может иметь винтовую нарезку, обеспечивающую вращение и стабилизацию торпедного снаряда.
Технический результат - увеличение притока пластовой жидкости в скважину. Технический результат достигается тем, что кумулятивный перфоратор, состоящий из корпуса, кумулятивного заряда, электрического кабеля, детонирующего шнура и взрывного патрона, с целью увеличения глубины канала и создания разветвленных трещин в породе, вслед за кумулятивным зарядом соосно ему расположен ствол с торпедным снарядом соответствующих размеров, выстреливаемый непосредственно после сгорания кумулятивного заряда.
Временная задержка воспламенения заряда торпедного снаряда обеспечивается временем срабатывания детонирующего шнура или канала, соединяющего основание кумулятивного заряда и BB торпедного снаряда. Торпедный снаряд, свободно пролетая по каналу, созданному кумулятивным зарядом, способен углубиться на значительно большую глубину, чем 160-200 мм.
При этом суммарная максимальная глубина канала может достигать более 700 мм и в конце канала будет создана от взрыва торпедного снаряда разветвленная сеть трещин, обеспечивающая повышенный приток жидкости в скважину. При соосном расположении торпедного снаряда с кумулятивным зарядом не будет растрескиваться обсадная колонна, а сам торпедный снаряд и его ствол должен быть закреплен в массивном основании, противостоящем смещению ствола при срабатывании кумулятивного заряда.
На чертеже представлено: 1 - кабель-канат, 2 - корпус кумулятивно-торпедного перфоратора, 3 - детонирующий шнур, 4 - чашка с кумулятивным зарядом, 5 - канал в породе от действия кумулятивного заряда, 6 - торпедный снаряд, 7 - взрывчатое вещество, 8 - детонирующий шнур, 9 - обсадная колонна, 10 – массивное основание ствола торпедного снаряда.
Кумулятивно-торпедный перфоратор работает следующим образом: от электрического кабеля-каната 1 срабатывает взрывной патрон, инициируется детонирующий шнур 3 и кумулятивный заряд 4 у его основания. Одновременно со взрывом кумулятивного заряда 4 и образования канала 5 в породе по детонирующему шнуру 8 с определенной задержкой инициирующий импульс передается заряду BB 7 и выстреливается торпедный снаряд 6. После прохождения канала 5 и углубления торпеды в породу на глубину 200-350 мм происходит взрыв торпеды и образование сети трещин
Источники информации
1. Щуров В.И. Технология и техника добычи нефти. М.: Альянс. 2009. 507 с.
2. Патент RU 2255208 C2 от 23.01.2002. Автор Бурн Брайан.
3. А.с. SU 1661378 A1 от 28.07.1988 г., опубл. 07.07.1991, Бюл №25.