Взрывные устройства для перфорации нефте- и газодобывающих скважин, обладающие повышенной пробивной способностью

Для ведения прострелочно-взрывных работ в случаях, когда необходима повышенная площадь входных отверстий перфорационных каналов, предлагается использование комбинированных – конусно-линейных кумулятивных зарядов (КЛКЗ). Данный заряд можно представить как комбинацию трех кумулятивных частей – одной центральной и двух боковых. Центральная часть является удлиненной, имеет постоянное симметричное поперечное сечение и представляет собой отрезок удлиненного кумулятивного заряда (УКЗ), а боковые части образованы вращением половины поперечного сечения центральной части на 180° вокруг оси симметрии (см. рис. 1). При этом боковые части заряда могут иметь коническую, полусферическую или полуэллипсную форму. Заряд работает следующим образом: инициирующий импульс передается заряду взрывчатого вещества (ВВ) посредством детонирующего шнура 4 . В результате взрывчатого превращения заряда ВВ из центральной и боковых частей кумулятивного заряда формируются кумулятивные потоки, состоящие из частиц облицовки 3 и продуктов детонации, которые при высокоскоростном взаимодействии с материалом преграды (обсадная труба, цементное кольцо и продуктивный пласт) образуют в последней перфорационные каналы. Если при подрыве осесимметричного КЗ из кумулятивной облицовки (КО) формируется струя (точка в проекции на плоскость пробиваемой преграды), то из облицовки УКЗ (удлиненный кумулятивный заряд) формируется, так называемый, кумулятивный «нож» [3] (линия в проекции на плоскость пробиваемой преграды), в результате чего концентрация энергии растягивается.

Рис. 1. Конусно-линейный кумулятивный заряд: 1 – корпус, 2 – ВВ, 3 – кумулятивная облицовка, 4 – детонирующий шнур

Форма боковых частей кумулятивного заряда позволяет сформировать два кумулятивных потока (две кумулятивных струи), направленных в область внедрения кумулятивного «ножа» в преграду (см. рис. 2). Дополнительное действие кумулятивных струй обеспечивает увеличение глубины пробития по сравнению с УКЗ. Изменение длины центральной части позволяет регулировать форму перфорационного отверстия и глубину формируемого канала. Так, с ее увеличением происходит увеличение площади образующегося перфорационного отверстия, при этом глубина канала уменьшается. При уменьшении длины центральной части показатели, характеризующие эффективность действия заряда, стремятся к показателям аналога – осесимметричного КЗ. Предлагаемая конструкция заряда позволяет значительно увеличить начальную площадь перфорационных каналов, по сравнению с зарядами типа «Big Hole» за счет перераспределения энергии взрыва по площади прорезаемой преграды, что обеспечивается наличием центральной части (рис. 1). По сравнению с УКЗ увеличивается глубина пробития за счет формирования высокоскоростных кумулятивных потоков из боковых частей заряда. Таким образом, совокупность (комбинация) трех кумулятивных частей (центральной и двух боковых), являющихся единым зарядом, позволяет одновременно увеличить площадь перфорационных отверстий и глубину прорезаемого канала.

Кумулятивная облицовка заряда может выполняться из порошковых материалов, что обеспечивает увеличение коэффициента перехода материала облицовки в струю, а, следовательно, увеличение глубины пробития преграды, а также не приводит к запестовыванию сформированного канала. Для изготовления предлагаемых зарядов разработана специальная технология. Кумулятивная облицовка данных зарядов может изготовляться из порошкообразного материала на основе меди, используемого при изготовлении осесимметричных кумулятивных зарядов, способом прессования с применением вибрации для равномерного распределения уплотняемого материала в пресс-форме. Внешний вид пресс-инструмента, используемого в этих целях, приведен на рис. 3.

Заряд ВВ прессуется непосредственно в металлический корпус, позволяющий повысить эффективность действия зарядов и снизить массу используемого ВВ. Прессование осуществляется в два приема. Первоначально выполняется предварительное прессование, в результате чего ВВ распределяется в корпусе, уплотняется и приобретает форму, соответствующую профилю кумулятивной облицовки. Окончательное прессование выполняется вместе с предварительно установленной кумулятивной облицовкой. Внешний вид КЛКЗ представлен на рис. 4.

Экспериментально установлено, что использование КЛКЗ обеспечивает увеличение площади входных отверстий в 2,6-2,7 раза (8-9 см ² ) и объема канала в 2,5-2,8 раза (120-130 см ³ ) по сравнению с применением заряда ЗПК 89- DN (см. рис. 5).

Предложено использовать КЛКЗ в перфорационных системах однократного применения. Одним из вариантов является совместное использование КЛКЗ с осесимметричными КЗ в одном корпусе перфорационной системы. Это позволит значительно снизить гидродинамическое сопротивление и одновременно связать скважину с незагрязненной зоной пласта. При использовании предлагаемых взрывных устройств при плотности перфорации 10 отв./м общая площадь поперечного сечения перфорационных отверстий на один метр обсадной трубы составляет 85-86 см ² , что превышает значения, обеспечиваемые всеми известными перфорационными системами диаметром 89 мм.

Выводы: для перфорации нефтедобывающих скважин предложена конструкция кумулятивных зарядов, позволяющих формировать перфорационные каналы с площадью входного отверстия составляет 8-9 см ² ; разработана технология и технологическая оснастка для изготовления зарядов способом прессования; предложенные заряды, могут быть эффективно использованы при заканчивании скважин с интенсификацией нефтепритока, а также с песко-контролем, где определяющую роль играет диаметр перфорационных каналов.

Работа проводилась при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям.

O.OOOetOO

O.OOOetOO

O.OOOetOO

O.OOOetOO

O.OOOetOO

O.OOOetOO

O.OOOetOO

O.OOOetOO

O.OOOetOO

O.OOOetOO

O.OOOetOO

2.884e*03

2.595et03

2.307et03

2.019et03

1.730et03

1.442et03

1.154et03

8.651et02

5.768et02

2.884et02

O.OOOetOO

a)

Г)

5.920et03

5.328et03

4.736et03

4.144et03

3.552et03

2.960et03

2.368et03

1.776et03

1.184et03

5.920et02

O.OOOetOO

2.053et03

1.848et03

1.642et03

1.437et03

1.232e«03

1.027et03

8.212et02

6.159et02

4.106et02_

2.053et02 _

O.OOOetOO _|

Д)

4.738et03

4.264et03

3.790et03

3.316et03

2.843et03

2.369et03

1.895et03

1.421et03

9.475et02

4.738et02

O.OOOetOO

6039et02

5.435et02

4.831 et02

4.227et02

3.623et02

3.019et02

2.416et02

1.812et02

1.208et02

6.039et01

O.OOOetOO

Рис. 2. Процесс проникания кумулятивной струи в стальную преграду, формирующейся при детонации заряда с полуэллипсной формой боковых частей КО и длиной центральной части 15 мм в моменты времени: а) – 0 мкс, б) – 10 мкс, в) – 15 мкс, г) – 25 мкс, д) – 45 мкс, е) – 100 мкс

Рис. 3. Внешний вид пресс-инструмента для изготовления зарядов

Рис. 5. Входное отверстие в стальной пластине толщиной 10 мм, формируемое: а) – зарядом ЗПК 89- DN («Big Hole»), б) – КЛКЗ-30

Рис. 4. Внешний вид КЛКЗ