ТРУБОРЕЗ КУМУЛЯТИВНЫЙ

Труборез кумулятивный относится к прострелочно-взрывной аппаратуре для проведения аварийно-восстановительных работ в нефтяных и газовых скважинах и предназначен для перерезания насосно-компрессорных, бурильных и обсадных труб с сохранением целостности эксплуатационной колонны.
В настоящее время основными техническими требованиями к кумулятивным труборезам являются:
полный, качественный рез трубы по всей окружности
свободный подъем на поверхность остатков кумулятивного трубореза после отстрела
минимизация объема остатков трубореза в скважине после извлечения его остатков
Высокоточное оборудование, а также современные технологии прессования и механической обработки позволяют обеспечить гарантированное выполнение первого пункта технических требований - полный качественный рез трубы по всей окружности, однако выполнение второго и третьего требований должно обеспечиваться конструктивно.
Известен труборез RU 185026 U1 от 30.07.2018, класс МПК E21B 29/02, содержащий корпус в виде стакана, в котором установлен шток, в основании стакана жестко закреплен кумулятивный заряд и капсюль детонатор. На кумулятивном заряде установлена втулка из фторопласта. В штоке выполнено отверстие, в верхней части которого установлены контактирующие между собой первый элемент приема детонации, элемент передачи детонации и пластина таким образом, что первый элемент для приема детонации контактирует с капсюлем-детонатором, а пластина в сработанном состоянии взаимодействует со вторым элементом для приема детонации.
Недостатком данного устройства является вероятность прихвата скрепленной со средством спуска частью трубореза в связи с тем, что корпус в виде стакана в месте реза зачастую может образовывать выступающие заусенцы, которые, зачастую, будут затруднять извлечение трубореза из скважины.
Известно устройство RU 2249680 С1 от 26.03.2004, класс МПК E21B 43/116, E21B 43/263, E21B 29/02, включающее в себя сборный корпус, по меньшей мере, из двух частей. Они зафиксированы друг относительно друга, имеют совмещенный между собой осевой канал и образуют между собой герметичную кольцевую полость. В ней размещен кольцевой кумулятивный заряд с прессованным взрывчатым веществом в металлической оболочке в виде тора, имеющей наружную кольцевую выемку. Против нее корпус выполнен с уменьшенной по толщине наружной стенкой. При этом корпус имеет один, по меньшей мере, внутренний радиальный канал, связывающий кольцевую полость с осевым каналом. В этом осевом канале размещено средство для инициирования кольцевого кумулятивного заряда через радиальный канал. Части корпуса сопряжены торцами вплотную друг к другу и выполнены с возможностью исключения напряжений от осевых нагрузок в зоне уменьшенной по толщине наружной стенки в условиях скважины.
Недостатком данного трубореза является значительный объем остающейся части трубореза в скважине, что негативно скажется на трудоемкости проведения последующих ловильных работ по извлечению оставшейся части трубы.
Наиболее близким по своей технической сущности является кумулятивный труборез RU 77337 U1 от 06.05.2008 г., класс МПК E21B 29/02, содержащий средство инициирования, корпус с осевым цилиндрическим каналом, заполненным взрывчатым веществом и зарядом взрывчатого вещества с кольцевой кумулятивной выемкой, облицованной металлом, отличающийся тем, что корпус выполнен герметичным и снабжен устройством приема-передачи детонации, а осевой канал заполнен взрывчатым веществом в виде цилиндрических шашек переменной плотности, увеличивающейся от устройства приема-передачи детонации к заряду с кольцевой выемкой, при этом средство инициирования также выполнено герметичным.
Недостатком данного трубореза является вероятность возникновения проблем в процессе извлечения остатков данного трубореза после его отстрела несмотря на то, что на корпусе выполнено утонение выше линии реза, его расположение не может гарантировать ровный обрыв без выступающих лепестков.
Задачей предлагаемого технического решения является создание кумулятивного трубореза, который после подрыва и в процессе его извлечения из скважины обеспечивает минимальное засорение скважины осколками.
Техническим результатом заявленной полезной модели является обеспечение минимального количества осколков корпуса трубореза кумулятивного в процессе его извлечения из скважины после подрыва.
Заявленный технический результат достигается за счёт того что кумулятивный труборез, содержащий средство инициирования, цилиндрический корпус с осевым каналом, заполненным зарядом взрывчатого вещества, зарядом с кумулятивной выемкой, облицованной металлом, тонкостенной крышкой, герметизирующей внутреннюю полость трубореза и имеющей утонение на поверхности, при этом на теле корпуса имеется кольцевая канавка-концентратор, образующая воздушную полость и располагающаяся напротив утонённой части крышки трубореза. Корпус и крышка трубореза соединены срезными винтами. Наличие воздушной полости, образованной кольцевой канавкой-концентратором, располагающимся напротив утонения внешней части корпуса, обеспечивает гарантированное разрушение крышки после срабатывания трубореза по утонению, без образования крупных заусенцев, препятствующим свободному извлечению.
Суть технического решения поясняются чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез трубореза, крышка 1, корпус 2, кольцевой кумулятивный заряд 3, промежуточный заряд 4, срезной винт 5, уплотнительное кольцо 6, канавка-концентратор 7, утонение  8, перегородка 9, герметичный  электродетонатор 10, перегородка 11, конусообразный  диск 12, резьбовая часть 13, тонкостенная нижняя часть 14. На фиг. 2 а, б и в изображены варианты геометрии утонения стенки крышки трубореза.
Труборез кумулятивный выполнен следующим образом. Корпус 2 кумулятивного трубореза представляется собой цилиндрическое, выполненное из стали тело, имеющее на одном конце посадочное место под установку герметичного электродетонатора 10 типа ТОР-200WR или взрывного патрона типа ПГН-150, а также имеющее резьбовую часть 13 для соединения с переходником или грузом и далее, с геофизическим кабелем. Корпус 2 имеет цилиндрическую канавку, в которую устанавливают уплотнительное кольцо 6. Посадочное место под установку электродетонатора 10 отделено от заряда промежуточного 4 стенкой 11 с утонением 8, обеспечивающей герметичность внутренней полости корпуса 2 и крышки 1 в сборе. Корпус 2 соединен с крышкой 1 с помощью срезных винтов 5, выполненных из мягкого цветного металла - медь, латунь или алюминий определенных марок с  пределом прочности в диапазоне от 300 до 520 МПа и диаметром от 4 до 6 мм. Выбор механических характеристик материала срезных винтов и их диаметр подобран исходя из оптимального усилия среза, не превышающего величину разрыва геофизического кабеля, на котором кумулятивный труборез спускается в скважину. На дне крышки установлен конусообразный диск 12, обеспечивающий упор кумулятивного заряда 3 в промежуточный заряд 4 и формирующий геометрические параметры навески взрывчатого вещества заряда. Центральный канал корпуса 2 с обратной стороны перегородки 11 заполнены взрывчатым веществом заряда промежуточного 4. Поверхность нижней части корпуса 2 плотно примыкает к навеске взрывчатого вещества верхней части заряда кумулятивного 3. На образующей поверхности крышки 1 имеется утонение 8. Глубина данного утонения 8 составляет величину, обеспечивающую надежную стойкость к внешнему гидростатическому давлению в скважине, при этом форму утонения 8 выбирают также исходя из скважинных условий и типоразмера трубореза. Различные варианты формы утонений 8 представлены на рисунках (а, б, в) фиг. 2. Напротив утонения 8 крышки 1 с поверхности корпуса 2 выполнена радиально углубленная проточка в виде канавки-концентратора 7, образующая  кольцевую воздушную полость  и перегородку 9 между углубленным концом проточки и промежуточным зарядом 4. Ширину канавки-концентратора 7 выбирают исходя из сочетания требований стойкости к гидростатическому давлению в сочетании с глубиной и шириной утонения 8, а глубину канавки-концентратора 7 подбирают таким образом, чтобы давление, образующееся при срабатывании заряда кумулятивного 3 трубореза, создало усилие, достаточное для разрушения перегородки 9 между углубленным  концом проточки и промежуточным зарядом 4.
Труборез кумулятивный работает следующим образом. После доставки трубореза кумулятивного на глубину перерезания трубы осуществляется точное позиционирование трубореза, далее с взрывного прибора осуществляется подача импульса на взрывной патрон. Продукты детонации от срабатывания электродетонатора 10 пробивают стенку 11 корпуса 2 и процесс детонации возбуждается в заряде промежуточном 4 и передается на кольцевой кумулятивный заряд 3. В процессе срабатывания кумулятивный заряд 3 пробивает стенку крышки 1 по всей окружности, а также стенку перерезаемой насосно-компрессорной трубы. После пробития трубы кумулятивный диск рассеивается. В момент срабатывания кумулятивного заряда 3 трубореза помимо формирования кумулятивного диска внутри трубореза образуется избыточное давление, которое формирует фугасный эффект, который приводит к схлопыванию воздушной полости 7 и создания избыточного давления, приводящего к разрушению утонения 8 крышки 1 трубореза. В результате разрушения крышки 1 трубореза в месте расположения утонения 8, деформированная тонкостенная нижняя часть 14 крышки остается в скважине, а основную массивную часть трубореза без каких-либо затруднений извлекают на поверхность. В качестве дополнительной защиты от возникновения прихватов трубореза в скважине после срабатывания, соединение корпуса 2 трубореза с крышкой 1 выполнено с помощью винтов 5, изготовленных из цветного металла, с целью обеспечения срыва корпуса 2 с верхней части крышки 1 путем среза винтов 5. Причем материал, размеры и механические характеристики винтов выбраны таким образом, чтобы их срез произошел раньше, чем разрыв геофизического кабеля, на котором труборез спускается в скважину.