Кумулятивный заряд

Изобретение раскрывает устройство кумулятивного заряда скважинного перфоратора, создающего при вскрытии продуктивного пласта расширяющийся кумулятивный канал. Заряд включает корпус с шашкой ВВ и кумулятивной выемкой в форме раскрывшегося тюльпана. Облицовка имеет остроугольную коническую вершину, изготовленную из смеси порошковых металлов, состыкованную с металлическим основанием. Форма боковой поверхности основания образована вращением дуги вокруг оси, а угол между касательной к дуге в месте соединения с вершиной и осью заряда составляет (78±7)°. Достигается повышение качества вскрытия продуктивного коллектора с созданием расширяющегося кумулятивного канала в породе пласта. 3 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобыче, в частности к устройству кумулятивного заряда скважинного перфоратора, создающего при вскрытии продуктивного пласта расширяющийся кумулятивный канал.

Известен кумулятивный заряд (1) с облицовкой, которая содержит три конические секции и формируется из смеси порошковых металлов. Высота первых двух секций в осевом направлении составляет 30-70% общей высоты облицовки. Первая коническая секция имеет угол наклона 20-60°. Вторая коническая секция имеет больший угол наклона, который находится в диапазоне 30-70°. Третья коническая секция сформирована из материала, который имеет плотность меньшую, чем материал первой и второй секций. Угол наклона третьей секции больше, чем угол наклона первой секции и равен или меньше угла наклона второй секции.

Недостатком известной конструкции является незначительное влияние геометрических параметров облицовки на конфигурацию образуемого в породе канала, поскольку локальное утолщение струи, получаемое за счет надвигания одной части струи на другую, срабатывается о первую герметизирующую преграду и на профиль канала не влияет.

Известен кумулятивный заряд (2), облицовка которого выполнена из двух различных материалов. После срабатывания заряда образуются следующие друг за другом струи, характер воздействия которых на преграду различен. Известный заряд имеет тот же недостаток, что и предыдущий; за счет надвигания песта верхней части облицовки на пест нижней части формируется отверстие большого диаметра в первой преграде - корпусе перфоратора, тем самым непроизводительно расходуется энергия шашки взрывчатого вещества (ВВ) заряда.

Известен кумулятивный заряд и облицовка для кумулятивной воронки этого заряда (3). Устройство содержит две облицовки, которые установлены соосно в корпусе. Первичная облицовка эквивалентна стандартной облицовке кумулятивного заряда, служащей для образования большого отверстия. Ударная облицовка установлена в вершине первичной и при детонации заряда обеспечивает формирование передовой высокоскоростной кумулятивной струи, которая открывает дорогу основной ударной струе через скважинную жидкость, в которой используют заряд. Известное устройство имеет недостаток: оно достаточно эффективно для образования большого отверстия в колонне скважины, но малоэффективно для образования расширяющегося канала в продуктивной породе.

Наиболее близкой к предлагаемому устройству является конструкция цилиндрического кумулятивного заряда с тюльпанообразной облицовкой из металла (4, прототип). Облицовка заряда образует высокоскоростную носовую часть струи, выделяемую из относительно короткой остроугольной части в вершине облицовки, и следующую за ней на дистанции главную струю, выделяемую из примыкающей к вершине относительно протяженной массивной части основания облицовки с углом растра между образующими, близким к прямому углу. Причем переход между частями облицовки выполнен в виде короткой почти ступенчатой шейки.

Недостатком прототипа является образование массивного металлического песта, который негативно влияет на технологию вскрытия - забивает каналы, кроме того, облицовка способна создать большое отверстие в колонне, но не способна создать расширяющийся канал в породе.

Техническим результатом изобретения является создание устройства, повышающего качество работ и снижающего затраты при вскрытии продуктивного коллектора с созданием расширяющегося кумулятивного канала в породе пласта.

Необходимый технический результат достигается тем, что в кумулятивном заряде, включающем корпус, шашку ВВ с кумулятивной выемкой в форме раскрывшегося тюльпана и составную облицовку, состоящую из конической вершины, соединенной с основанием облицовки с формой боковой поверхности, образованной вращением дуги вокруг оси, остроугольная коническая вершина изготавливается, как правило, из смеси порошковых материалов, основание изготавливается из металла, а угол между касательной к дуге в месте соединения с вершиной и осью заряда выполняется в диапазоне (78±7)°.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволяет, по мнению автора, установить соответствие его критерию «новизна».

Автору не известно использование совокупности отличительных признаков устройства в других областях техники, что дает основание считать, что предложенное решение соответствует критерию «изобретательский уровень» и промышленно применимо.

На фиг.1 показан вариант исполнения заряда. Заряд включает корпус 1 с шашкой ВВ 2 с кумулятивной выемкой в форме раскрывшегося тюльпана. Облицовка имеет остроугольную коническую вершину 3, состыкованную с основанием облицовки 4. Форма боковой поверхности основания образована вращением дуги вокруг оси, а угол α между касательной к дуге и осью заряда выполнен в диапазоне (78±7)°.

На фиг.2 показано взаимное расположение частей составной облицовки при срабатывании заряда. Остроугольная коническая вершина формирует кумулятивную струю 5, основание облицовки с указанными геометрическими параметрами формирует втулку 6. В кольцевом пространстве 7, ограниченном пунктирной линией, действует давление продуктов детонации, сопоставимое с детонационным давлением в шашке ВВ. Благодаря этому давлению металлическая втулка приобретает боковой импульс и расширяется при проникании в породу пласта. Необходимо отметить, что существующие порошковые композиции малопригодны для изготовления основания облицовки, поскольку в состоянии струи не являются сплошным непроницаемым телом, которое способно удерживать высокое давление в кольцевом пространстве (7).

На фиг.3 показаны канал 8, который создается зарядом в породе пласта 9; корпус перфоратора 10, скважинная жидкость 11, обсадная колонна 12 и цементный камень 13. Максимальное расширение D_{к max} приходится на периферийную зону канала. Канал после прострела заполняет «каша» 14 из мелкораздробленной породы, которая легко удаляется при минимальной депрессии. Пест от металлического основания облицовки не образуется.

Пунктиром 15 обозначена зона максимального расширения канала, который создают заряды - аналог (3) и прототип (4).

Источники информации

1. Облицовка для кумулятивного заряда. Патент US 6840178 ВВ от 21.02.2003.

2. Кумулятивный заряд. Патент DE 10129227 А1 от 14.03.2002.

3. Кумулятивный заряд и облицовка для кумулятивной воронки этого заряда. Патент ЕР 1345003 A3 от 12.05.2004.

4. Цилиндрический кумулятивный заряд с тюльпанообразной облицовкой. Патент DE 3622680 А1 от 14.01.88 (прототип).

Кумулятивный заряд, включающий корпус, шашку ВВ с кумулятивной выемкой в форме раскрывшегося тюльпана и составную облицовку, состоящую из конической вершины, соединенной с основанием облицовки с формой боковой поверхности, образованной вращением дуги вокруг оси, причем остроугольная вершина изготавливается, как правило, из смеси порошковых материалов, основание изготавливается из металла, а угол между касательной к дуге в месте соединения с вершиной и осью заряда выполняется в диапазоне (78±7)°.