Корпусный кумулятивный перфоратор

Кумулятивный перфоратор содержит герметичный наружный корпус 1, средства передачи детонации и установленные в крепежном каркасе 2 в один ряд кумулятивные заряды с корпусами 3, имеющие в закрытой части устройства 4 для крепления средства передачи детонации и плоские участки 5. Заряды опираются плоскими участками 5 на внутренние грани каркаса 2, выполненного в виде замкнутого полого профиля с поперечным сечением в форме правильного многоугольника с четным количеством сторон от 6 до 12, например, восьмиугольника. Внутри каждого заряда размещены промежуточный детонатор 6, прокладка 7 для гашения детонационных и ударных волн (не обязательно), заряд 8 взрывчатого вещества с облицовкой 9. Со стороны, противоположной площадке 5, в каркасе 2 выполнены отверстия для дополнительной фиксации корпуса 3 заряда. Заряды расположены таким образом, что для любого выбранного заряда, кроме крайних, выполняются следующие условия: оси двух соседних к нему зарядов, направленные в сторону открытых частей зарядов, образуют в проекции угол 720/N, где N=6, 8, 10, 12 - число граней каркаса 2, величина угла измеряется в градусах, рассматриваются проекции осей на плоскость поперечного сечения перфоратора, проходящую через ось выбранного заряда; ось выбранного заряда совпадает с биссектрисой указанного угла; выбранный заряд направлен открытой частью в сторону, противоположную указанному углу; а крайние заряды размещаются так, чтобы обеспечить выполнение указанных условий для последующих зарядов. При этом повышена точность установки зарядов, усилена конструкция перфоратора, уменьшен удар продуктов детонации и осколков корпусов сработавших зарядов по каркасу и корпусу перфоратора, а также увеличены параметры пробития.

Полезная модель относится к нефте- и газодобывающей промышленности, в частности, к устройствам для перфорирования скважин и может быть использована при вскрытии продуктивных пластов кумулятивными перфораторами, спускаемыми на кабеле или трубах.

Известен кумулятивный перфоратор с переменным внешним диаметром, включающий кумулятивные заряды в герметичном корпусе с многогранным каркасом для их крепления, детонирующие шнуры и средства инициирования, отличающийся тем, что каркас для крепления зарядов выполнен в виде отдельных продольных полос с отверстиями под головку заряда, соединенных посредством сменных колец, соответствующих диаметру перфоратора (RU 2091567, 1997).

Недостатками известного перфоратора являются сложность конструкции, требующая изготовления составного каркаса, состоящего из соединенных винтами отрезков полос, что в свою очередь снижает точность установки зарядов, не обеспечивает достаточной прочности изделия, не гасит удар корпусов зарядов по корпусу перфоратора.

Наиболее близким к заявляемому является кумулятивный перфоратор однократного применения, содержащий герметичный корпус, внутри которого расположена перфорированная труба для ориентации кумулятивных зарядов и средства инициирования зарядов, при этом кумулятивные заряды имеют парную ориентацию, причем два заряда, образующие пару, расположены относительно друг друга под углом 180°, а ниже идущая соседняя пара кумулятивных зарядов расположена относительно верхней пары зарядов под острым или тупым углом (RU 2313658, 2007, прототип).

В указанном техническом решении делается попытка достичь оптимального разнесения векторов воздействия продуктов детонации сработавших зарядов и осколков корпусов зарядов на каркас и корпус перфоратора, повысить его надежность за счет снижения фугасного воздействия кумулятивных зарядов, а также увеличить параметры пробития за счет наложения реактивных сил парных зарядов.

Однако предложенное устройство лишь частично решает поставленные задачи. Действительно, для каждого выбранного заряда один соседний заряд

расположен под углом 180°, тогда как другой соседний заряд расположен под острым или тупым углом. Такой сдвиг зарядов необходим для создания равномерного расположения перфорационных каналов в продуктивном пласте. В, результате, при срабатывании зарядов не происходит достаточного уравновешивания реактивной силы выбранного заряда и суммарной реактивной силы двух соседних зарядов.

Каркас, выполненный в виде перфорированной металлической трубы, обладает большой прочностью, однако он имеет несколько существенных технических недостатков:

- недостаточно точная установка зарядов из-за неизбежного люфта зарядов в отверстиях трубы, что может привести к неточному пробитию скеллопов в корпусе перфоратора, а также к неравномерному распределению каналов в пласте;

- ограниченное место внутри трубы для размещения кумулятивных зарядов, что ведет к ограничению габаритов зарядов и, следовательно, к уменьшению параметров пробития;

- отсутствие контакта зарядов и крепежного каркаса по большой площади, необходимого для уменьшения удельного воздействия зарядов на каркас и эффективного торможения корпусов зарядов после их срабатывания.

Указанные недостатки снижают эксплуатационные свойства перфоратора с таким каркасом.

Задачей полезной модели является создание эффективного и надежного корпусного кумулятивного перфоратора.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи состоит в повышении точности установки зарядов, усилении конструкции перфоратора, уменьшении удара продуктов детонации и осколков корпусов сработавших зарядов по корпусу перфоратора, а также в увеличении параметров пробития.

Сущность полезной модели состоит в том, что корпусный кумулятивный перфоратор содержит герметичный наружный корпус, размещенный в нем крепежный каркас, средства передачи детонации и установленные в каркасе в один ряд кумулятивные заряды, отличающийся тем, что каркас выполнен в виде замкнутого полого профиля с поперечным сечением в форме правильного

многоугольника с четным количеством сторон от 6 до 12, заряды имеют в закрытой части плоские участки площадью не менее 10% от площади сечения открытой части зарядов и опираются плоскими участками на внутренние грани каркаса, в которых выполнены отверстия для крепления зарядов, при этом заряды расположены таким образом, что для любого выбранного заряда, кроме крайних, одновременно выполняются следующие условия:

- оси двух соседних к нему зарядов, направленные в сторону открытых частей зарядов, образуют в проекции угол 720/N, где N=6, 8, 10, 12 -число граней каркаса, величина угла измеряется в градусах, рассматриваются проекции осей на плоскость поперечного сечения перфоратора, проходящую через ось выбранного заряда;

- ось выбранного заряда совпадает с биссектрисой указанного угла;

- выбранный заряд направлен открытой частью в сторону, противоположную указанному углу;

а крайние заряды размещаются так, чтобы обеспечить выполнение указанных условий для последующих зарядов

Перфораторные кумулятивные заряды имеют, как правило, осесимметричную форму, обеспечивающую высокую эффективность работы и простоту изготовления. Заряды имеют открытую часть, в которой располагается кумулятивная выемка с облицовкой, и закрытую часть с устройством инициирования и креплением для средства передачи детонации - чаще всего, детонирующего шнура (ДШ). Со стороны открытой части зарядов в крепежном каркасе выполняются отверстия для установки и крепления зарядов; эти отверстия также облегчают работу кумулятивных зарядов.

Для описания взаимного размещения зарядов в корпусе перфоратора используется термин "ось" - прямая линия с указанным на ней направлением (Математический энциклопедический словарь, М., "Советская энциклопедия", 1988, стр.443). Ось заряда направляется по оси симметрии к открытой части заряда.

На чертеже фиг.1 изображен поперечный разрез заряда, установленного в крепежном каркасе внутри перфоратора, на фиг.2-10 - предложенная схема расположения зарядов.

На фиг.2 показаны совмещенные сечения трех зарядов в восьмиугольном каркасе: выбранного и двух соседних; соседние заряды заштрихованы, их оси показаны пунктирными линиями.

На фиг.3-10 показаны последовательные поперечные разрезы перфоратора с размещенными в восьмиугольном каркасе зарядами.

Заряд на фиг.4 направлен по биссектрисе угла, образованного осями соседних зарядов, показанных на фиг.3 и 5, и направлен в противоположную сторону.

Заряд на фиг.5 направлен по биссектрисе угла, образованного осями соседних зарядов, показанных на фиг.4 и 6, и направлен в противоположную сторону.

Заряд на фиг.6 направлен по биссектрисе угла, образованного осями соседних зарядов, показанных на фиг.5 и 7, и направлен в противоположную сторону. И так далее на фиг.7-10.

Предложенный кумулятивный перфоратор содержит герметичный наружный корпус 1, размещенный в нем крепежный каркас 2, средства передачи детонации (не показаны) и установленные в крепежном каркасе в один ряд кумулятивные заряды с корпусами 3, имеющие в закрытой части устройства 4 для крепления средства передачи детонации (например, детонационный шнур (ДШ), который фиксируется в устройстве 4 стандартными скобами) и плоские участки 5. Корпуса 3 зарядов опираются плоскими участками 5 на внутренние грани каркаса 2, выполненного в виде замкнутого полого профиля с поперечным сечением в форме правильного многоугольника с четным числом сторон, например восьмиугольника. Внутри каждого заряда размещены промежуточный детонатор 6, прокладка 7 для гашения детонационных и ударных волн (не обязательно), заряд 8 взрывчатого вещества с кумулятивной выемкой и облицовка 9. На чертеже фиг.1 также показана ось 10 заряда и скеллоп 11. Со стороны, противоположной площадке 5, в каркасе 2 выполнены отверстия (не обозначены) для дополнительной фиксации корпуса заряда. Заряды расположены таким образом, что для любого выбранного заряда, кроме крайних, одновременно выполняются следующие условия:

- оси 10 двух соседних к нему зарядов (т.е. здесь и везде по тексту оси 10 их корпусов 3), направленные в сторону открытых частей зарядов, образуют в проекции угол 720/N где N - число граней каркаса 2, величина угла измеряется в градусах, рассматриваются проекции осей на плоскость поперечного сечения перфоратора, проходящую через ось 10 выбранного заряда;

- ось 10 выбранного заряда совпадает с биссектрисой указанного угла;

- выбранный заряд направлен открытой частью в сторону, противоположную указанному углу.

Крайние заряды размещаются так, чтобы обеспечить выполнение указанных условий для последующих зарядов.

При этом закрытые части зарядов размещены на плоских гранях крепежного каркаса 2. Плоские участки 5 на закрытых частях корпусов 3 зарядов целесообразно выполнять для более устойчивой ориентации зарядов в перпендикулярном направлении (по отношению к соответствующей грани каркаса 2) и уменьшения удельного давления на каркас 2 при срабатывании зарядов.

Видно, что при таком размещении зарядов одновременно обеспечивается сбалансированность действия зарядов и распределение зарядов с заданной фазировкой, например, 45° для восьмиугольного каркаса 2.

Простой геометрический анализ показывает, 1 что размещение зарядов с указанными выше условиями возможно только при четном количестве граней, начиная с 6.

При количестве граней больше 12 площадь каждой грани становится недостаточной для надежной установки зарядов в каркасе 2.

При размещении заряда вдоль биссектрисы угла, образуемого осями 10 двух соседних зарядов в проекции на плоскость поперечного сечения перфоратора, проходящую через ось 10 выбранного заряда, но в противоположную сторону от этого угла, происходит уравновешивание воздействия продуктов детонации сработавших зарядов и осколков корпусов 3 зарядов на каркас 2 и корпус 1 перфоратора. Также повышается его надежность за счет снижения фугасного воздействия кумулятивных зарядов. Наряду с этим увеличиваются параметры пробития за счет наложения реактивных сил близлежащих кумулятивных зарядов.

При выполнении крепежного каркаса 2 в виде многоугольного профиля можно снизить требования к точности изготовления и, соответственно, себестоимость, но вместе с тем улучшить эксплуатационные свойства перфоратора.

Так, например, диаметр отверстий, в которых крепится заряд, можно выполнять с достаточно низкой точностью ±0,1 мм, при этом за счет контакта плоского участка 5 закрытой части заряда с плоской гранью каркаса 2 будет обеспечиваться перпендикулярное направление оси 10 заряда по отношению к грани каркаса 2, на которую опирается этот заряд. В результате угловое отклонение оси 10 заряда от заданного направления сводится до минимума, а линейное отклонение

попадания заряда в соответствующий скеллоп 11 составляет величину порядка ±0,1 мм, что вполне достаточно для эффективной работы перфоратора.

Практическим путем (экспериментально) установлено, что для надежной установки заряда в многоугольном каркасе 2 площадь плоского участка 5 закрытой части заряда должна быть не менее 10% от площади сечения открытой части зарядов. В предпочтительных вариантах выполнения корпуса 3 заряда диаметр плоского участка 5 составляет 35-50% от диаметра его открытой части, а площадь, соответственно, - 10-23% от площади сечения открытой части (здесь вычитается площадь поперечного сечения выступающего устройства 4 для крепления ДШ).

В многоугольном каркасе 2 можно разместить корпус 3 заряда с широкой закрытой частью и, следовательно, коническую облицовку 9 с большой длиной образующей. Теория и практика применения кумулятивных зарядов показывают, что заряды с такими облицовками 9 дают более высокие параметры пробития.

Контакт зарядов и крепежного каркаса 2 по большой площади участков 5 уменьшает величину удельного давления зарядов на каркас 2 при взрыве зарядов и снижает фугасность перфоратора.

Предложенный кумулятивный перфоратор работает следующим образом.

Собранный на поверхности перфоратор опускают на каротажном кабеле или НКТ в заданный интервал скважины. Затем по кабелю подают электрический импульс для возбуждения детонации средств инициирования. Детонация по ДШ передается кумулятивным зарядам. Кумулятивные заряды пробивают корпус 1 перфоратора в зоне скеллопов 11, скважинную жидкость, стенку скважины, цементное кольцо и продуктивный пласт на требуемую глубину за зоной кальматации. После проведения прострелочно-взрывных работ перфоратор извлекают из скважины.

Таким образом, создан эффективный и надежный корпусный кумулятивный перфоратор.

При этом повышена точность установки зарядов, усилена конструкция перфоратора, уменьшен удар продуктов детонации и осколков корпусов сработавших зарядов по корпусу перфоратора, а также увеличены параметры пробития.

Корпусный кумулятивный перфоратор, содержащий герметичный наружный корпус, размещенный в нем крепежный каркас, средства передачи детонации и установленные в каркасе в один ряд кумулятивные заряды, отличающийся тем, что каркас выполнен в виде замкнутого полого профиля с поперечным сечением в форме правильного многоугольника с четным количеством сторон от 6 до 12, заряды имеют в закрытой части плоские участки площадью не менее 10% от площади сечения открытой части зарядов и опираются плоскими участками на внутренние грани каркаса, в которых выполнены отверстия для крепления зарядов, при этом заряды расположены таким образом, что для любого выбранного заряда, кроме крайних, одновременно выполняются следующие условия:

оси двух соседних к нему зарядов, направленные в сторону открытых частей зарядов, образуют в проекции угол 720/N, где N=6, 8, 10, 12 - число граней каркаса, величина угла измеряется в градусах, рассматриваются проекции осей на плоскость поперечного сечения перфоратора, проходящую через ось выбранного заряда;

ось выбранного заряда совпадает с биссектрисой указанного угла;

выбранный заряд направлен открытой частью в сторону, противоположную указанному углу;

а крайние заряды размещаются так, чтобы обеспечить выполнение указанных условий для последующих зарядов.