RU2432452C2

RU2432452C2 - Cumulative charge of perforator

Info

Publication number: RU2432452C2
Application number: RU2009149386/03A
Authority: RU
Inventors: Владимир Васильевич Калашников (RU); Владимир Васильевич Калашников; Дмитрий Анатольевич Деморецкий (RU); Дмитрий Анатольевич Деморецкий; Мария Александровна Климанова (RU); Мария Александровна Климанова; Андрей Юрьевич Мурзин (RU); Андрей Юрьевич Мурзин; Максим Владимирович Ненашев (RU); Максим Владимирович Ненашев; Юрий Анатольевич Богданов (RU); Юрий Анатольевич Богданов
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2011-10-27
Also published as: RU2009149386A

Abstract

FIELD: oil and gas production.

SUBSTANCE: cumulative charge of perforator consists of case where in there is arranged axisymmetrical blasting cartridge of explosive substance with open cavity. Also, a cumulative coating adjoins surface of the cavity. The coating consists of conical and spherical or elliptical cumulative sections conjugated to each other. The conic cumulative section corresponds to a top of the cumulative coating, while spherical or elliptical cumulative section has lengthwise cumulative grooves.

EFFECT: increased inflow of oil or gas into cavity of pipe of well due to increased specific area of opening of casing at maintaining sufficient depth of perforation.

2 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для использования в прострелочно-взрывной аппаратуре для вторичного вскрытия продуктивных пластов (перфорации нефте- и газодобывающих скважин).The proposed technical solution relates to the oil and gas industry and is intended for use in perforated explosive equipment for the secondary opening of productive formations (perforation of oil and gas wells).

Кроме того, предлагаемый кумулятивный заряд может быть использован в других отраслях для создания отверстий, перебивания элементов конструкций и разрушения материалов с использованием энергии взрыва.In addition, the proposed cumulative charge can be used in other industries to create holes, interrupt structural elements and the destruction of materials using explosion energy.

В настоящее время наиболее широкое применение для перфорации обсадных колонн и прилегающей породы получили кумулятивные заряды с конической формой кумулятивной выемки. Эти перфораторы хорошо зарекомендовали себя при прострелочно-взрывных работах на скважинах и обеспечивают неплохую пробивную способность, создавая перфорационные каналы глубиной (750…1000) мм и диаметром входного отверстия (8..10) мм [Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам в скважинах [Текст] / под ред. Н.Г.Григоряна. - М.: Недра, 1990. - 198 с.; Гайворонский И.Н. Современные методы вторичного вскрытия пластов [Текст] / И.Н.Гайворонский, В.М. Тебякин, А.А.Хальзов // Нефтяное хозяйство. - 2003. - №5. - С.43-46; Прострелочные и взрывные работы в скважинах [Текст] / Н.Г.Григорян, С.А.Ловля, Г.Г.Шахназаров [и др.]. - М.: Недра, 1992 - 303 с.].Currently, the most widely used for perforation of casing strings and adjacent rock are cumulative charges with a conical shape of cumulative recesses. These perforators have proven themselves in perforating blasting operations in wells and provide good penetration, creating perforation channels with a depth of (750 ... 1000) mm and an inlet diameter of (8..10) mm [Quick reference on perforating blasting operations in wells [ Text] / Ed. N.G. Grigoryan. - M .: Nedra, 1990 .-- 198 p .; Gaivoronsky I.N. Modern methods of secondary opening of strata [Text] / I.N. Gayvoronsky, V.M. Tebyakin, A.A. Khalzov // Oil industry. - 2003. - No. 5. - S. 43-46; Shooting and blasting in wells [Text] / N.G. Grigoryan, S. A. Lovlya, G. G. Shakhnazarov [et al.]. - M .: Nedra, 1992 - 303 p.].

С целью снижения гидродинамического несовершенства скважин разработчики при создании новых конструкций зарядов для перфорации, как правило, стремятся увеличить глубину пробиваемых перфорационных каналов.In order to reduce the hydrodynamic imperfection of wells, developers, when creating new designs of charges for perforation, as a rule, seek to increase the depth of punched perforation channels.

Известен, например кумулятивный заряд (патент RU 2193152 С2, МПК⁷ F42B 1/028, 19.08.1999), содержащий металлический корпус, заполненный взрывчатым веществом, на торцевой стенке которого установлен промежуточный детонатор, а с противоположной стороны корпуса - кумулятивная выемка с облицовкой, обращенная своей вершиной в сторону детонатора. Облицовка выемки выполнена в виде набора кольцевых секций, поперечный профиль каждой из которых имеет форму полуовала.Known, for example, is a cumulative charge (patent RU 2193152 C2, IPC ⁷ F42B 1/028, 08/19/1999) containing a metal case filled with explosive, an intermediate detonator mounted on its end wall, and a cumulative recess with a lining on the opposite side of the case, facing its top towards the detonator. The recess lining is made in the form of a set of annular sections, the transverse profile of each of which has the shape of a semi-oval.

Изобретение позволяет значительно увеличить пробивную способность кумулятивной струи.The invention allows to significantly increase the breakdown ability of the cumulative jet.

Недостатком этого заряда (как и зарядов для глубокой перфорации других конструкций) является маленький начальный диаметр канала, сужающийся по его длине, причем узкая часть каналов либо вообще не работает, либо работает непродолжительное время. Кроме того, при заканчивании скважин с интенсикацией нефтепотока (например, при планировании гидроразрыва пласта), а также в неукрепленных коллекторах с пескопроявлением первостепенное значение имеет не глубина перфорационного канала, а величина его диаметра.The disadvantage of this charge (as well as charges for deep perforation of other structures) is the small initial diameter of the channel, tapering along its length, and the narrow part of the channels either does not work at all, or it works for a short time. In addition, when completing wells with intensification of oil flow (for example, when planning hydraulic fracturing), as well as in loose reservoirs with sand development, not the depth of the perforation channel, but the size of its diameter is of primary importance.

Специально созданные для этих целей осесимметричные кумулятивные заряды с эллиптической кумулятивной выемкой (заряды типа «Big Hole») ведущих отечественных и мировых производителей пробивают в обсадной колонне отверстия с начальной площадью (2…7) см², однако глубиной не более (140…220) мм. [Каталоги Halliburton, Schlumberger, ФКП «Чапаевский механический завод» и др.].Axisymmetric cumulative charges specially designed for this purpose with elliptical cumulative recesses (Big Hole type charges) of leading domestic and world manufacturers punch holes in the casing with an initial area of (2 ... 7) cm ² , but no more than (140 ... 220) mm [Catalogs Halliburton, Schlumberger, FKP "Chapaevsky Mechanical Plant", etc.].

В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому устройству кумулятивный заряд перфоратора (заявка RU 2005120959 А, МПК⁷ Е21В 43/117, 04.07.2005). Этот заряд содержит корпус, в корпусе размещена осесимметричная шашка взрывчатого вещества, имеющая открытую полость. К поверхности полости шашки прилегает облицовка, которая выполнена сопряжением сферической и конической частей.As a prototype, the cumulative perforator charge closest in technical essence to the proposed device was selected (application RU 2005120959 A, IPC ⁷ Е21В 43/117, 07/04/2005). This charge contains a housing; an axially symmetric explosive bomb having an open cavity is placed in the housing. The lining is adjacent to the surface of the cavity of the checker, which is made by pairing the spherical and conical parts.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение притока нефти или газа в полость трубы скважины за счет увеличения удельной площади вскрытия обсадной колонны при сохранении достаточной глубины перфорации.The technical result of the invention is to increase the influx of oil or gas into the cavity of the well pipe by increasing the specific opening area of the casing while maintaining a sufficient depth of perforation.

Технический результат достигается тем, что кумулятивный заряд перфоратора, содержащий корпус, в котором размещена осесимметричная шашка взрывчатого вещества с открытой полостью, к поверхности полости прилегает кумулятивная облицовка, состоящая из конической и сферической или эллиптической кумулятивных частей, сопряженных между собой, причем коническая кумулятивная часть является вершиной кумулятивной облицовки, а сферическая или эллиптическая кумулятивная часть имеет продольные кумулятивные канавки.The technical result is achieved in that the cumulative charge of the perforator containing a housing in which an axisymmetric explosive bomb with an open cavity is placed, a cumulative lining consisting of conical and spherical or elliptical cumulative parts adjoining to each other is adjacent to the surface of the cavity, the conical cumulative part being the top of the cumulative lining, and the spherical or elliptical cumulative part has longitudinal cumulative grooves.

На фиг.1 изображена конструкция кумулятивного заряда перфоратора;Figure 1 shows the design of the cumulative charge of the perforator;

на фиг.2 - поперечное сечение кумулятивного заряда перфоратора на уровне сферической части.figure 2 is a cross section of the cumulative charge of the perforator at the level of the spherical part.

На чертежах: 1 - корпус заряда, 2 - заряд взрывчатого вещества, 3 - кумулятивная облицовка заряда.In the drawings: 1 - charge housing, 2 - explosive charge, 3 - cumulative charge lining.

Работа предлагаемого устройства.The work of the proposed device.

Инициирующий импульс передается заряду ВВ (2) посредством, например, детонирующего шнура. Работу заряда условно можно разделить на две стадии. На первой стадии из верхней части облицовки (конической кумулятивной части) (3) формируется высокоскоростная кумулятивная струя, которая, внедряясь в преграду, проделывает перфорационный канал, при этом обеспечивается большая глубина пробития, по сравнению с использованием зарядов со сферической или эллиптической кумулятивной облицовкой такого же диаметра.The initiating pulse is transmitted to the explosive charge (2) by means of, for example, a detonating cord. The work of the charge can conditionally be divided into two stages. At the first stage, a high-speed cumulative jet is formed from the upper part of the lining (conical cumulative part) (3), which, penetrating the obstacle, makes a perforation channel, while providing a greater penetration depth compared to using charges with a spherical or elliptical cumulative lining of the same diameter.

На второй стадии работы заряда из сферической (эллиптической) кумулятивной части облицовки (3) формируется компактное быстролетящее тело, которое при взаимодействии с преградой увеличивает диаметр канала, пробитого высокоскоростной кумулятивной струей, до значений, получаемых при применении зарядов со сферической или эллиптической кумулятивной облицовкой. Сферическая часть облицовки представляет собой сегмент сферы, и выбор его геометрических характеристик основан на известных принципах и положениях (для достижения кумулятивного эффекта), то же относится и к эллипсной кумулятивной части. При использовании сферической или эллипсной формы части кумулятивной облицовки увеличивается соответственно площадь входного отверстия или объем перфорационного канала. Выбор формы между сегментом сферы и сегментом эллипса зависит от целей конкретной задачи и базируется на известных законах кумуляции.At the second stage of the charge operation, a compact fast-flying body is formed from the spherical (elliptical) cumulative part of the lining (3), which, when interacting with the obstacle, increases the diameter of the channel pierced by the high-speed cumulative jet to the values obtained when using charges with a spherical or elliptical cumulative lining. The spherical part of the cladding is a segment of the sphere, and the choice of its geometric characteristics is based on well-known principles and positions (to achieve a cumulative effect), the same applies to the ellipse cumulative part. When using a spherical or elliptical shape of the part of the cumulative lining, the area of the inlet or the volume of the perforation channel increases accordingly. The choice of form between the segment of the sphere and the segment of the ellipse depends on the goals of a particular task and is based on the known laws of cumulation.

Наличие продольных кумулятивных выемок (фиг.2) в сферической (эллипсной) части облицовки позволяет сформировать дополнительные кумулятивные потоки (кумулятивные «ножи»), которые двигаются по направлению к преграде впереди компактного тела, образующегося из сферической (эллиптической) части облицовки, и совершают дополнительную работу по увеличению площади входного отверстия и объема перфорационного канала.The presence of longitudinal cumulative grooves (Fig. 2) in the spherical (ellipse) part of the cladding allows the formation of additional cumulative flows (cumulative "knives") that move towards the barrier in front of the compact body formed from the spherical (elliptical) part of the cladding and make an additional work to increase the area of the inlet and the volume of the perforation channel.

Продольные кумулятивные канавки в поперечном сечении могут иметь клиновидную или полукруглую (полуовальную) форму, т.е. любую форму, позволяющую достичь кумулятивного эффекта. В сферической части облицовки заряда, сечение которой представлено на фиг.2, выполнено 16 клиновидных кумулятивных выемок.The longitudinal cumulative grooves in cross section may have a wedge-shaped or semicircular (semi-oval) shape, i.e. any form that allows to achieve a cumulative effect. In the spherical part of the lining of the charge, the cross section of which is presented in figure 2, made 16 wedge-shaped cumulative recesses.

Количество продольных кумулятивных канавок n, причем 2≤n≤πd, где d - внешний диаметр кумулятивной облицовки у ее основания.The number of longitudinal cumulative grooves n, and 2≤n≤πd, where d is the outer diameter of the cumulative lining at its base.

Изменение количества и геометрических характеристик продольных кумулятивных канавок позволяет регулировать площадь входного отверстия и глубину формируемого перфорационного канала.Changing the number and geometric characteristics of the longitudinal cumulative grooves allows you to adjust the area of the inlet and the depth of the formed perforation channel.

Таким образом, применение зарядов предлагаемой конструкции позволяет увеличить диаметр входного отверстия перфорационных каналов, по сравнению с использованием кумулятивных зарядов с конической кумулятивной выемкой, и глубину пробития преград, по сравнению с применением зарядов с полусферической или полуэллипсной кумулятивной облицовкой.Thus, the use of charges of the proposed design allows to increase the diameter of the inlet of the perforation channels, in comparison with the use of cumulative charges with a conical cumulative recess, and the penetration depth of obstacles, in comparison with the use of charges with a hemispherical or semi-ellipse cumulative lining.

Пример конкретного выполнения. Испытаны заряды, имеющие диаметр кумулятивной облицовки 38,9 мм, высоту конусной части, равную половине общей высоты облицовки, эллиптическую кумулятивную часть с 16 продольными клиновидными кумулятивными канавками. Испытания проводились по комбинированной мишени, представляющей собой стальную пластину толщиной 10 мм и бетонный блок толщиной 500 мм, выдержанный при затвердевании в воде в течение 28 дней. В результате испытаний зарядов получены перфорационные каналы глубиной (350…370) мм и диаметр входного отверстия (25…27) мм. Для аналогичных зарядов с эллиптической формой кумулятивной облицовки эти параметры соответственно составляют (200…250) мм и (18…20) мм, а для зарядов с конической кумулятивной облицовкой (750…800) мм и (8…10) мм.An example of a specific implementation. Charges were tested having a cumulative lining diameter of 38.9 mm, a conical part height equal to half the total lining height, an elliptical cumulative part with 16 longitudinal wedge-shaped cumulative grooves. The tests were carried out on a combined target, which is a steel plate 10 mm thick and a concrete block 500 mm thick, aged during solidification in water for 28 days. As a result of tests of charges, perforation channels with a depth of (350 ... 370) mm and an inlet diameter (25 ... 27) mm were obtained. For similar charges with an elliptical shape of cumulative cladding, these parameters are respectively (200 ... 250) mm and (18 ... 20) mm, and for charges with a conical cumulative cladding (750 ... 800) mm and (8 ... 10) mm.

Claims

The cumulative charge of the perforator containing a housing in which an axisymmetric explosive bomb with an open cavity is placed, a cumulative lining, consisting of conical and spherical or elliptical cumulative parts adjacent to each other, is adjacent to the surface of the cavity, characterized in that the conical cumulative part is the top of the cumulative lining and the spherical or elliptical cumulative part has longitudinal cumulative grooves.