Устройство для перфорации глубоких скважин

 

Использование: в области нефтяной и газовой промышленности, а именно в устройствах для перфорации скважин, преимущественно глубоких. Обеспечивает создание устройства для перфорации, способного работать в скважинах любой глубины без разрушения. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с герметичными уплотнениями, подсоединенный к геофизическому кабелю, заряды, детонатор, детонирующий шнур, установленные в корпусе. Внутрь корпуса залита жидкость, сообщающаяся со скважинной жидкостью через регулятор давления. Он выполнен в виде системы из полости с воздухом и взаимодействующих между собой поршней разного диаметра с уплотнениями. Соотношение их площадей в поперечном сечении выполнено с условием обеспечения герметичности и прочности корпуса, заряда, детонатора и наличие в корпусе устройства залитой жидкости, сообщающейся со скважинной жидкостью через регулятор давления. Он создает и автоматически поддерживает внутри перфоратора расчетное давление такой величины, которая обеспечивает безопасную разность давлений в скважине и в перфораторе. Оно исключает разрушение корпуса и других частей перфоратора, детонирующего шнура и определяется по формулам. 1 ил.

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности, а именно - к устройствам для перфорации скважин, преимущественно глубоких.

Известно устройство для перфорации скважин, содержащее ленту, подсоединенную к геофизическому кабелю, заряды, детонатор, детонирующий шнур, установленные на ленте (см.Григорян Н.Г. Вскрытие нефтегазовых пластов стреляющими перфораторами., М., Недра, 1982, 263 с.).

Недостатками этого устройства является то, что все его элементы открыты и контактируют непосредственно с агрессивной скважинной жидкостью. Кроме того, на больших глубинах гидростатическое давление столба скважинной жидкости способно разрушить заряды, детонатор и детонирующий шнур.

Эти недостатки устранены в устройстве, принятом за прототип предложенного решения. Это устройство содержит корпус с герметичными уплотнениями, подсоединенный к геофизическому кабелю, заряды, детонатор, детонирующий шнур, установленные в корпусе (см. Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник под редакцией Л.Я. Фридляндера. 2-е издание, М., Недра, 1990, с.33-48).

Недостатком данного устройства является то, что герметичный корпус выдерживает давление скважинной жидкости всего до 60-70 МПа. При более высоких давлениях корпус разрушается и, следовательно, разрушаются все расположенные внутри корпуса элементы, для которых указанные значения давлений практически также являются предельными. Давление 60-70 МПа может иметь место в скважинах глубиной 5-6 км. Таким образом, перфорацию в глубоких скважинах данным устройством выполнить не представляется возможным.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для перфорации, способного работать в любых глубоких и сверхглубоких (до 10 и более км) скважинах, выдерживая давление и не разрушаясь.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для перфорации скважин, содержащем корпус с герметичными уплотнениями, подсоединенный к геофизическому кабелю, заряды, детонатор, детонирующий шнур, установленные в корпусе, - внутрь корпуса залита жидкость, сообщающаяся со скважинной жидкостью через регулятор давления, выполненный в виде системы из полости с воздухом и взаимодействующих между собой поршней разного диаметра с уплотнениями, соотношение площадей которых в поперечном сечении выполнено с условием обеспечения герметичности и прочности корпуса, заряда, детонатора, детонирующего шнура и определяется по формулам S₁/S₂ = P₂/P₁; (1) где S₁ - площадь в поперечном сечении поршня, контактирующего со скважинной жидкостью; S₂ - площадь в поперечном сечении поршня, контактирующего с жидкостью в корпусе; S₃ - минимальная площадь в опасном сечении корпуса, заряда, детонатора или детонирующего шнура; P₁ - давление жидкости в скважине; P₂ - минимально допустимое давление жидкости в корпусе, рассчитываемое по формуле (2); σ_сж.min - минимальное значение напряжения сжатия, выбранное из ряда минимально допустимых напряжений сжатия для корпуса, заряда, детонатора или детонирующего шнура.

Наличие в корпусе устройства жидкости, сообщающейся со скважинной жидкостью через регулятор давления, создает и автоматически поддерживает внутри перфоратора расчетное давление такой величины, которая обеспечивает безопасную разность давлений в скважине и в перфораторе, что исключает разрушение корпуса и других частей перфоратора.

На чертеже представлен продольный разрез устройства для перфорации глубоких скважин.

Перфоратор содержит корпус 1 с герметичными уплотнениями 2, подсоединенный к геофизическому кабелю 3. В корпусе 1 установлены заряды 4, детонатор 5, детонирующий шнур 6. Внутрь корпуса 1 залита жидкость 7. В нижней части корпуса 1 установлен регулятор давления, выполненный в виде системы из полости с воздухом 8 и соединенных между собой поршней разного диаметра - поршня 9, контактирующего со скважинной жидкостью, и поршня 10, контактирующего с жидкостью 7 в корпусе 1. На поршнях 9 и 10 установлены уплотнения 11.

Площади поперечных сечений S₁ и S₂ поршней 9 и 10, обеспечивающие получение безопасного давления P₂, определены следующим образом. В справочниках найдены минимальные значения допустимых напряжения σ_сж.min для корпуса 1, заряда 4, детонатора 5, детонирующего шнура 6. Затем определены минимальные значения площадей S₃ в опасном сечении корпуса 1, заряда 4, детонатора 5, детонирующего шнура 6. Исходя из плотности скважинной жидкости, определено ее статическое давление P₁ на максимальной глубине работы перфоратора. По формулам (2) и (3) определены минимально допустимые значения давлений P₂ в корпусе 1, не приводящие к разрушению корпуса 1, заряда 4, детонатора 5, детонирующего шнура 6. Минимально допустимым давлением P₂ принято его минимальное значение из указанного ряда давлений. После этого конструктивно определен максимально возможный диаметр поршня 10 из соображений, что чем больше диаметр отверстия, тем легче его изготовить. По формуле площади круга определено значение S₂. По формуле (1) определена площадь S₁ поршня 9. По формуле площади круга вычислен диаметр поршня 9.

Устройство работает следующим образом. При спуске перфоратора в скважину на геофизическом кабеле 3 на заданную глубину скважинное давление воздействует на поршень 9, который передает воздействие на поршень 10, а через него - на жидкость 7 внутри корпуса 1. Наступает равновесие сил, действующих на поршни: P₁·S₁ = P₂·S₂. Таким образом, создается и автоматически поддерживается давление такой величины, которая обеспечивает безопасную разность давлений в скважине и в перфораторе, что исключает разрушение корпуса и других частей перфоратора.

Формула изобретения

Устройство для перфорации глубоких скважин, содержащее корпус с герметичными уплотнениями, подсоединенный к геофизическому кабелю, заряды, детонатор, детонирующий шнур, установленные в корпусе, отличающееся тем, что внутрь корпуса залита жидкость, сообщающаяся со скважинной жидкостью через регулятор давления, выполненный в виде системы из полости с воздухом и взаимодействующих между собой поршней разного диаметра с уплотнениями, соотношение площадей которых в поперечном сечении выполнено с условием обеспечения герметичности и прочности корпуса, заряда, детонатора, детонирующего шнура и определяется по формулам
S₁ /S₂ = P₂/P₁; (1)


где S₁ - площадь в поперечном сечении поршня, контактирующего со скважинной жидкостью;
S₂ - площадь в поперечном сечении поршня, контактирующего с жидкостью в корпусе;
S₃ - минимальная площадь в опасном сечении корпуса, заряда, детонатора или детонирующего шнура;
P₁ - давление жидкости в скважине;
P₂ - минимально допустимое давление жидкости в корпусе, рассчитываемое по формуле (2);
σ_сж.min - минимальное значение напряжения сжатия, выбранное из ряда минимально допустимых напряжений сжатия для корпуса, заряда, детонатора или детонирующего шнура.

РИСУНКИ

Рисунок 1