ВЗРЫВАТЕЛЬ ДЛЯ ПРОСТРЕЛОЧНО-ВЗРЫВНОЙ АППАРАТУРЫ
DETONATING FUSE FOR BLASTING-PERFORATION EQUIPMENT

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а конкретно - к взрывным головкам кумулятивных перфораторов, спускаемых в скважины на насосно-компрессорных трубах (НКТ).
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение надежности срабатывания взрывателя при расширении диапазона условий его применения.
Из предшествующего уровня техники известны конструкции взрывателей для прострелочно-взрывной аппаратуры, например, устройство для возбуждения детонации в скважинных перфораторах (см. пат. RU 2272895 C1, МПК: E21B 43/117, опубл. 27.03.2006 г., Бюл. №9), включающее корпус с переходником, внутри которого размещены механическое детонирующее устройство (МДУ) на основе бризантного взрывчатого вещества (БВВ), и пусковой механизм, содержащий корпус и зафиксированные относительно него стакан и шток, при этом шток выступает относительно торца корпуса пускового механизма, с возможностью перемещения стакана и освобождения штока в момент приведения в действие взрывателя, которое осуществляют ударом сбрасываемой в НКТ металлической штанги.
Недостаток данной конструкции заключается в том, что принцип задействования устройства для возбуждения детонации в скважинных перфораторах не позволяет использовать его в горизонтальных скважинах.
Этот недостаток отсутствует в известной головке взрывной гидромеханической ВГМ73 ТУ №4316-020-07623615-96 (см. журнал «Каротажник», №61, 1999 г.), включающей корпус с переходником, внутри которого размещены МДУ на основе БВВ, и пусковой механизм, содержащий корпус и зафиксированные относительно него стакан и шток, который устанавливают утопающим или заподлицо с торцом корпуса пускового механизма, с возможностью перемещения стакана и освобождения штока в момент приведения в действие взрывателя, которое осуществляют или ударом штанги, или путем прокачки резинового шара через НКТ. Данная конструкция наиболее близка к заявляемому изобретению и поэтому выбрана в качестве прототипа.
В свою очередь, недостатком ВГМ73 является то, что шток в его пусковом механизме разгоняется до скорости, требуемой при ударе для возбуждения взрыва БВВ в МДУ, скважинной жидкостью, имеющей в зависимости от условий применения прострелочно-взрывной аппаратуры различные физико-химические свойства и давление, влияющие на стабильность процесса разгона штока. Кроме того, ВГМ73 не может использоваться в скважинах с малой глубиной и при глубокой депрессии на пласт, когда гидростатическое давление в скважине не превышает 5 МПа.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение надежности срабатывания взрывателя. Дополнительным техническим результатом, который достигается при использовании изобретения, является расширение диапазона условий применения взрывателя и повышение безопасности обращения с ним.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что взрыватель для прострелочно-взрывной аппаратуры, спускаемой в скважины на НКТ, содержит кроме общих с прототипом признаков также и отличительные.
Общими признаками прототипа и заявляемого изобретения являются: корпус с переходником, внутри которого размещены МДУ на основе БВВ, и пусковой механизм, включающий в себя корпус и зафиксированные относительно него стакан и шток, с возможностью перемещения стакана и освобождения штока в момент приведения в действие взрывателя.
Отличительные признаки заявляемого изобретения по сравнению с прототипом следующие: размещение между пусковым механизмом и МДУ скрепленного с ними дополнительного ударно-предохранительного механизма (УПМ), который включает в себя корпус, с зафиксированным в нем ударником, ползун, выполненный в форме стакана, охватывающего корпус с ударником, и пружину, размещенную между дном ползуна и ударником, с возможностью перемещения ползуна, сжатия пружины и освобождения ударника при движении штока.
Кроме того, шток со стороны НКТ может быть выполнен выступающим за торец корпуса пускового механизма на высоту, превышающую величину хода ползуна, требуемую для сжатия пружины до рабочего усилия и освобождения ударника.
Размещение между пусковым механизмом и МДУ скрепленного с ними дополнительного УПМ позволяет изменить функцию штока, который теперь, перемещаясь под действием давления скважинной жидкости, не вызывает ударом срабатывание МДУ, а только приводит в действие УПМ.
Применение УПМ, который включает в себя корпус с зафиксированным в нем ударником, ползун, выполненный в форме стакана, охватывающего корпус с ударником, и пружину, размещенную между дном ползуна и ударником, с возможностью перемещения ползуна, сжатия пружины и освобождения ударника при движении штока, повышает вероятность безотказного срабатывания взрывателя за счет того, что скорость разгоняемого пружиной ударника, при которой надежно обеспечивается взрыв БВВ в МДУ, является в этом случае стабильной и не зависит от параметров скважинной жидкости.
Поскольку пружина УПМ в стационарном состоянии не взведена, а ударник зафиксирован, то этим гарантируется также высокая безопасность обращения с взрывателем.
Выполнение штока со стороны НКТ выступающим за торец корпуса пускового механизма на высоту, превышающую величину хода ползуна, требуемую для сжатия пружины до рабочего усилия и освобождения ударника, позволяет производить задействование взрывателя в вертикальных и слабо наклонных скважинах ударом штанги при малых значениях давления скважинной жидкости или вообще при ее отсутствии. Из этого вытекает еще одно важное преимущество заявляемого изобретения, заключающееся в том, что при аттестации выпускаемой продукции уже не потребуется применения сложного и дорогостоящего оборудования с использованием сосуда высокого давления.
На чертеже схематично представлен пример конкретного выполнения заявляемого изобретения, где:
1 - корпус головки;
2 - переходник;
3 - МДУ;
4 - корпус пускового механизма;
5 - шток;
6 - шарик пускового механизма;
7 - стакан пускового механизма;
8 - срезаемый штифт;
9 - пружинное кольцо;
10 - кожух УПМ;
11 - корпус УПМ;
12 - ползун УПМ в форме стакана;
13 - ударник;
14 - пружина;
15 - шарик УПМ;
16 - резьбовая втулка;
17 - прокладка;
18, 19, 20 и 21 - резиновые кольца;
22 - резиновый шар;
23 - штифт;
24 - боек МДУ.
В качестве примера конкретного выполнения взрывателя может быть взрывная головка кумулятивного перфоратора, спускаемого в нефтегазовые скважины на НКТ.
Головка состоит из стальных корпуса 1 с переходником 2, пускового механизма и пружинного УПМ, а также МДУ 3 на основе БВВ. В корпусе 4 пускового механизма расположен шток 5, который фиксируется стальными шариками 6, упирающимися во внутреннюю поверхность стакана 7, закрепленного на корпусе 4 с помощью срезаемых штифтов 8, удерживаемых от выпадения пружинным кольцом 9. Для сообщения полости НКТ с межтрубным пространством и обеспечения свободного доступа скважинной жидкости к штоку 5 в корпусе головки выполнены боковые отверстия, а в стакане 7 - сквозные продольные пазы. УПМ представляет собой кожух 10, в котором размещены корпус 11, ползун в форме стакана 12, ударник 13, винтовая цилиндрическая пружина 14 и фиксирующие ударник в исходном положении шарики 15. К нижней части корпуса 11 УПМ через переходную резьбовую втулку 16 подсоединено МДУ 3. С целью повышения безопасности при обслуживании и сохранения характеристик УПМ в течение всего гарантийного срока хранения пружина 14 находится лишь в слегка сжатом (т.е. в невзведенном) состоянии. Пусковой механизм и УПМ соединены между собой по резьбе М33х1,5. Для герметизации внутренней полости головки служит медная прокладка 17, а также резиновые кольца 18 и 19. Кольца 20 необходимы для предотвращения самопроизвольного развинчивания корпуса головки 1 и переходника 2. Герметизация стыка с корпусом перфоратора осуществляется кольцами 21. Крепление головки к нижней части колонны НКТ производится по резьбе, нарезаемой на поверхности А перед окончательной сборкой в соответствии с резьбой на применяемых трубах. Проходной диаметр колонны НКТ должен быть не менее 50 мм.
P
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 резиновый шар 22 диаметром 45 мм. Двигаясь вниз под действием собственного веса и потока прокачиваемой насосом или компрессором жидкости, шар 22 достигает торца стакана 7 пускового механизма, перекрывая одновременно с этим суженный в этой зоне канал корпуса 1 головки. Под действием усилия, возникающего с появлением в этом случае на резиновом шаре перепада давления, штифты 8 срезаются, и стакан 7 сдвигается в сторону переходника 2 на расстояние L, освобождая одновременно с этим шарики 6. В результате этого шток 5 выходит из зацепления с корпусом 4 пускового механизма и, сдвигаясь вниз вместе со стаканом 7 пускового механизма, перемещает ползун 12 УПМ, сжимая пружину 14. Когда имеющиеся в ползуне 12 отверстия совмещаются с отверстиями в корпусе УПМ 11 (совмещение этих отверстий обеспечивается наличием в ползуне 12 штифтов 23, расположенных в направляющих продольных пазах, выполненных в корпусе 11), шарики 15 выталкиваются в отверстия ползуна 12, что приводит к освобождению из зацепления с корпусом 11 ударника 13, который, разогнавшись под действием разжимающейся пружины 14 на пути L, ударяет по бойку 24 МДУ 3, вызывая срабатывание последнего. Детонация от МДУ 3 передается затем или в усилительный заряд кумулятивного перфоратора, или непосредственно в детонирующий шнур, с помощью которого последовательно инициируются расположенные в корпусе перфоратора кумулятивные заряды. В вертикальных и слабо наклонных скважинах взрывная головка может приводиться в действие не только резиновым шаром, но и сбрасываемой внутрь НКТ металлической штангой, при ударе которой по стакану 7 пускового механизма срезаются штифты 8 и указанный стакан сдвигается вниз, освобождая при этом из зацепления с корпусом 4 пускового механизма шток 5. Далее кинетическая энергия штанги расходуется на приведение в действие УПМ путем сжатия через стакан 7, шток 5 и ползун 12 пружины 14, с помощью которой, как и в предыдущем случае, ударник 13 после освобождения из зацепления с корпусом 11 разгоняется разжимающейся пружиной 14 и производит удар по бойку 24 МДУ 3. При этом следует отметить, что при наличии в скважине какой-либо жидкости к усилию, действующему на шток пускового механизма при задействовании головки с помощью резинового шара или штанги, добавляется еще и сила, создаваемая давлением скважиной жидкости, что приводит только к повышению надежности срабатывания взрывной головки. Однако присутствие этой жидкости является необязательным. Этим, в отличие от прототипа, обеспечивается возможность приведения в действие перфораторов на НКТ как в мелких скважинах, так и при глубокой депрессии на пласт.
Работоспособность конструкции взрывной головки, выполненной по приведенной на чертеже схеме, была подтверждена экспериментально в лабораторных условиях.