КУМУЛЯТИВНЫЙ ПЕРФОРАТОР ДЛЯ СКВАЖИНЫ
CUMULATIVE WELL PERFORATOR

Изобретение относится к нефтедобывающей и горной промышленности и может быть использовано при прострелочно-взрывных работах в скважинах для вторичного вскрытия продуктивных пластов.
Известен кумулятивный перфоратор для скважины, включающий сборку кумулятивных зарядов с системой их инициирования в виде детонирующего шнура, который присоединен к вершине каждого кумулятивного заряда (см., например, Григорян Н.Г., Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам, Москва, Недра, 1990, с.70-75).
При срабатывании каждого из кумулятивных зарядов происходит ассиметричное развитие фронта волны детонации и схлопывание облицовки зарядов с образованием прямой кумулятивной струи. При этом, отклонение точки инициирования от оси кумулятивного заряда приводит к искривлению кумулятивной струи и уменьшению глубины канала перфорации.
В последние годы наблюдается тенденция к увеличению длины кумулятивных перфораторов, спускаемых в скважину за один спуск на кабеле и, особенно, на трубах. При этом возникает проблема надежности детонирующих шнуров, поскольку длина сборок кумулятивных перфораторов, спускаемых на трубах, достигает нескольких сот метров в горизонтальных стволах скважин. Прекращение детонации в детонирующем шнуре из-за дефектов приводит, как правило, к разрушению кумулятивного перфоратора и заклиниванию его в обсадной колонне скважины.
Известен кумулятивный перфоратор для скважины, включающий сборку кумулятивных зарядов с системой их инициирования в виде двух детонирующих шнуров, примыкающих к хвостовой части каждого из кумулятивных зарядов (см. например, SU 1111528, 30.03.1991).
Такая система предусмотрена для повышения надежности срабатывания длинных сборок кумулятивных перфораторов. В случае прекращения детонации по одному из шнуров предполагается возможность срабатывания кумулятивных зарядов от другого - дублирующего детонирующего шнура.
Однако, в действительности оказалось, что:
практически очень сложно обеспечить одновременное с одинаковой скоростью прохождение детонационного фронта по двум детонирующим шнурам. В случае небольшого опережения или отставания фронта детонации по одному из шнуров, что на практике происходит довольно часто, не образуется высокоскоростной поток газов в кумулятивном заряде, сходящийся в плоскости и проходящей именно через ось этого заряда, В результате эффективность перфорации - глубина пробития канала;
система дублирования детонирующих шнуров при их плотном расположении будет надежной, если марки применяемых детонирующих шнуров надежно обеспечивают передачу детонации друг на друга. Однако, например, термостойкие детонирующие шнуры на основе гексонитростильбена или пластифицированные детонирующие шнуры марок ДШТВ-150/800, ДШТВ-150, а также и ряд других не передают детонацию с одного на другой даже при плотном прижатии, а только перебивают друг друга;
детонирующие шнуры имеют контакты в нескольких местах с металлическим корпусом заряда и при срабатывании, кроме инициирования, создают в корпусе кумулятивного заряда ударные волны, которые, взаимодействуя с отраженными детонационными волнами, искажают фронт детонации кумулятивного заряда и таким образом уменьшают глубину канала перфорации (эффективность пробития).
В итоге, в кумулятивном перфораторе не все его заряды срабатывают, эффективность и надежность работы перфоратора снижается, глубина каналов перфорации уменьшается.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности полного срабатывания и эффективности работы кумулятивного перфоратора за счет оптимизации дублирования всей детонационной цепи упомянутого перфоратора и увеличения глубины каналов перфорации.
Необходимый технический результат достигается тем, что кумулятивный перфоратор для скважины включает каркас с гнездами и помещенные в гнездах кумулятивные заряды, каждый из которых имеет, металлический корпус, металлическую облицовку, основной заряд взрывчатого вещества - ВВ, узел детонации в хвостовой части корпуса основного заряда с двумя параллельными пазами, где размещены два детонирующих шнура, соединяющих кумулятивные заряды, и осевым гнездом между параллельными пазами, где размещен дополнительный заряд ВВ, сомкнутый одной стороной поверхности с осевой частью основного заряда ВВ, а другими сторонами поверхности, взаимно противоположными, -с детонирующими шнурами, которые в остальной части по их длине между кумулятивными зарядами отстоят друг от друга на расстоянии, предотвращающем взаимную передачу детонации, при этом узел детонации выполнен с возможностью демпфирования ударных волн при взрыве детонирующих шнуров для стабилизации фронта распространения детонации по основному заряду ВВ.
Кроме того:
кумулятивный перфоратор имеет герметичный корпус;
в качестве основного заряда ВВ принят пластифицированный гексоген или октоген, или или гексонитростильбен, а в качестве дополнительного заряда ВВ - упомянутые ВВ в чистом виде;
узел детонации выполнен из материала с низкой скоростью звука;
узел детонации выполнен в виде манжеты из эластичного материала;
хвостовая часть корпуса кумулятивного заряда имеет выступ, а манжета - соответствующую внутреннюю канавку под упомянутый выступ для возможности фиксации манжеты на кумулятивном заряде с натягом;
в качестве материала манжеты принята резина или полиуретан.
На фиг.1 изображен поперечный разрез кумулятивного перфоратора.
На фиг.2 показана схема установки кумулятивного заряда в кумулятивном перфораторе.
Кумулятивный перфоратор включает каркас 1 с гнездами (условно не показаны), помещенные в гнездах кумулятивные заряды, каждый из которых имеет металлический корпус 2, металлическую облицовку 3, основной заряд взрывчатого вещества - ВВ 4, узел детонации 5 в хвостовой части корпуса основного заряда ВВ 4 с двумя параллельными пазами, где размещены два детонирующих шнура 6, соединяющих кумулятивные заряды перфоратора, и осевым гнездом между параллельными пазами с детонирующими шнурами 6, где размещен дополнительный заряд ВВ 7, сомкнутый одной стороной поверхности с осевой частью основного заряда ВВ 4, а другими сторонами поверхности, взаимно противоположными, - с двумя детонирующими шнурами 6. Хвостовая часть корпуса кумулятивного заряда может иметь выступ 8, а узел детонации может быть выполнен из материала с низкой скоростью звука, например, не выше 2,5 км/сек. В качестве такого материала могут быть использованы, например, пластмассы типа армамида. Для удобства сборки этот узел наделяют дополнительными свойствами упругости - эластичности. В этом случае узел детонации 5 может быть выполнен, например, в виде манжеты из резины или полиуретана и иметь соответствующую канавку под выступ 8. Кроме того, кумулятивный перфоратор для еще большего повышения надежности работы может быть выполнен корпусным. Для этого случая каркас 1 с гнездами и кумулятивными зарядами в них может быть помещен в корпус 9.
Предварительно изготовленную основную часть кумулятивного заряда (поз.2, 3, 4) соединяют с узлом детонации 5, в котором находится дополнительный заряд ВВ 7. Для удобства сборки может быть использована эластичная манжета из полиуретана или резины. Подготовленные кумулятивные заряды устанавливают в отверстиях каркаса 1 кумулятивного перфоратора. Отверстия каркаса могут быть выполнены, например, таким образом, что меньшее отверстие имеет овальную форму. Его размер по оси каркаса больше максимального диаметра манжеты в 1,1-1,2 раза, а меньший размер овала меньше диаметра манжеты в 0,75-0,9 раза. За счет этого кумулятивный заряд в сборе при условии эластичности манжеты может быть защелкнут в каркасе. После установки всех кумулятивных зарядов в каркасе укладывают два детонирующих шнура 6 в два параллельных паза узла детонации 5, например, эластичной манжеты. Далее детонирующие шнуры 6 параллельно друг другу укладывают в каркас 1 на необходимое расстояние, предотвращающее взаимную передачу детонации (друг от друга) и аналогично соединяют со следующим кумулятивным зарядом. В частности, при использовании детонирующих шнуров типа ДШТ-200 их размещают друг от друга на расстоянии 7-10 мм Для исключения смещений детонирующих шнуров от заданного расстояния могут быть использованы прокладки между ними. После полного снаряжения каркаса кумулятивными зарядами и детонирующими шнурами он может быть помещен в корпус 9 кумулятивного перфоратора, который герметизируют, например, резьбовым наконечником и головкой.
Такой кумулятивный перфоратор в сборе после установки к детонирующим шнурам взрывного патрона, при спуске на кабеле, или стреляющей головки, при спуске на трубах, опускают в скважину.
В интервале перфорации взрывной патрон или стреляющая головка одновременно инициирует два детонирующих шнура.
В узле детонации 5 и, в частности, эластичной манжете обеспечена возможность передачи детонация от детонирующих шнуров 6 на одну поверхность, например, боковую дополнительного заряда ВВ 7, который другой поверхностью, например, торцевой строго по оси инициирует основной заряд ВВ 4 кумулятивного заряда. Для повышения восприимчивости дополнительный заряд ВВ 7 может быть изготовлен из чистого гексогена или чистого октогена, или чистого гексонитростильбена. При этом основной заряд ВВ кумулятивного заряда может быть выполнен, например, на основе гексогена или основе октогена, или основе гексонитростильбена.
Для нормального инициирования кумулятивных зарядов достаточно, если сработает один из детонирующих шнуров. Прохождение детонации по шнурам с разными скоростями не сказывается на эффективности перфорации. Детонирующие шнуры должны быть уложены параллельно друг другу на таком расстоянии, при котором не происходит взаимной передачи детонацию от одного детонирующего шнура на другой и не происходит их перебивания ударными волнами друг от друга (может быть определено расчетным образом или опытным путем). Но в случае прекращения детонации из-за дефектов в одном из детонирующих шнуров, оставшаяся часть кумулятивных зарядов сработает от другого детонирующего шнура. Более того, конструкция кумулятивного перфоратора обеспечивает передачу детонации от одного шнура к другому на каждом дополнительном заряде ВВ, расположенном в узле детонации. Такая «детонационная лесенка» является очень эффективной, поскольку позволяет обходить много дефектных участков детонирующих шнуров, то одного то другого, возникающих, например, в скважине от непредвиденных ситуаций. Надежность такой детонационной цепи значительно выше надежности известной цепи, причем в сравнении с цепью из одного детонирующего шнура эта надежность выше на порядки.
Узел детонации, изготовленный из материала с низкой скоростью звука, позволяет демпфировать ударные волны, которые возникают при взрыве детонирующих шнуров, что стабилизирует фронт распространения детонации по основному заряду ВВ (улучшает фронт прохождения детонации) обеспечивая повышение эффективности работы кумулятивного перфоратора - глубины каналов перфорации.
Узел детонации, изготовленный, в дополнении к свойству низкой скорости звука, из эластичного материала позволяет удобно соединять части кумулятивного заряда между собой и быстро крепить упомянутый заряд в каркасе без дополнительных элементов.