Кумулятивний заряд перфоратора

Кумулятивний заряд перфоратора, що включає оболонку, в якій розміщена кумулятивна виїмка з вибуховою речовиною і кумулятивним обли цюванням, виготовленим із порошкового матеріалу, з товщиною конусної стінки, відношення якої до діаметра основи кумулятивного облицювання складає 1,6-5,9 %, внутрішня і зовнішня бічні його поверхні розміщені між конічними поверхнями з кутами відповідно 44° і 70°, який відрізняється тим, що у вершині кумулятивного облицювання розміщено піротехнічну суміш, кількість якої відповідає умові h1 / h2  0,3 , де h1 - висота шару піро Корисна модель належить до нафтогазовидобувної галузі і може бути використана під час спорудження, експлуатації та капітального ремонту нафтогазових свердловин. Відомий герметичний кумулятивний заряд (К3) безкорпусного перфоратора для бурових свердловин, який включає оболонку, усередині якої розміщені кумулятивна виїмка з кумулятивним облицюванням (КО) у вигляді конуса з поверхнями кута в вершині 61° і 85° і вибухова речовина (ВР), а також ущільнювальну прокладку і кришку, зовнішня бічна поверхня якої розміщена між конічними поверхнями з кутами конуса 88° і 118° [1]. Недоліком герметичного КЗ [1] є його відносно низька ефективність і обмежені технологічні можливості застосування при свердловинних прострілювально-вибухових роботах, які проводяться з метою створення великих перфораційних отворів достатньо великого об'єму. Наприклад, в обсадній колоні під час проведення підготовки до проведення гідравлічного розриву пласту (інтенсифікація видобутку вуглеводнів при експлуатації свердловин) або до проведення робіт з ізоляції пласту, тобто ліквідації заколонних перетоків (при капітальному ремонті свердловин), відновлення циркуляції промивальної рідини з метою ліквідації прихвату бурильних труб (при спорудженні свердловин) тощо. Відомий КЗ перфоратора, який включає конічне КО (воронку), заряд ВР і оболонку з товщиною КО 1,2-1,65 % від діаметра її основи, товщина ВР складає 15-20 товщин КО із зменшенням до основи в межах до 1-2 товщин КО, при цьому товщина зовнішньої оболонки складає 2-4 товщини КО [2]. Недоліком КЗ перфоратора [2] є низька ефективність і обмежені технологічні можливості застосування через недостатньо високі значення вхідного діаметра перфораційного отвору та, разом з тим, порівняно високі значення його глибини, що інколи є неприпустимим, наприклад при перфорації бурильних труб, з огляду на необхідність створення у бурильних трубах великих отворів достатньо великого об'єму за умови незмінної цілісності прилеглої ділянки обсадної колони. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі по технічній суті є КЗ перфоратора (прототип), що включає оболонку, в якій розміщена кумулятивна виїмка з КО, виготовленим із порошкового матеріалу, з товщиною конусної стінки, відношення якої до діаметра основи КО складає 1,6-5,9 %, а внутрішня і зовнішня бічні його поверхні розміщені між конічними поверхнями з кутами відповідно 44° і 70° [3]. Недоліком прототипу [3] є низька ефективність, обмеження технологічних можливостей застосування такого КЗ перфоратора, зважаючи на порівняно малі кути конічних поверхонь (кути розкриття КО), що не дозволяє отримати перфораційні отвори з великим вхідним діаметром та великим об'ємом, необхідність складного підбору фізикомеханічних та геометричних параметрів КО з ме (19) UA (11) 64292 (13) U технічної суміші, h 2 - висота кумулятивного облицювання. 3 тою забезпечення необхідних геометричних параметрів перфораційного отвору. Задачею корисної моделі є підвищення ефективності й розширення технологічних можливостей застосування КЗ перфоратора за рахунок забезпечення штучного розфокусування головної частини утворюваного кумулятивного струменя (КС) та підвищення його енерговиділення як на стадії формування КС, так і утворення перфораційного отвору. Поставлена задача вирішується тим, що у КЗ перфоратора, який включає оболонку, в якій розміщена кумулятивна виїмка з ВР і КО, виготовленим із порошкового матеріалу, з товщиною конусної стінки, відношення якої до діаметра основи КО складає 1,6-5,9 %, внутрішня і зовнішня бічні його поверхні розміщені між конічними поверхнями з кутами відповідно 44° і 70°, згідно з корисною моделлю, у вершині КО розміщено піротехнічну суміш (ПТС), кількість якої відповідає умові h1 / h2  0,3 , де h1 - висота шару ПТС, h 2 - висота КО. Схему запропонованої згідно з корисною моделлю конструкції КЗ перфоратора герметичної конструкції наведено на фіг. 1. В оболонці 1 розміщено ВР, що складається з трьох шарів 2-4 (2 - основна шашка, 3 - високодисперсна ВР, 4 - високочутлива ВР). Використання в конструкції К3 перфоратора багатошарової ВР дозволяє забезпечити його надійне ініціювання та стабільну ефективність роботи. Основна шашка 2 має кумулятивну виїмку із спресованим порошковим КО 5. Відношення товщини стінки КО 5 до діаметра його основи складає 1,6-5,9 %. Внутрішню бічну поверхню КО 5 обмежено конічною поверхнею з кутом 44°, а зовнішню бічну поверхню - конічною поверхнею з кутом 70°. У вершині КО 5 розміщено ПТС 6, яку зафіксовано від пересипання вздовж твірної КО фіксатором 7, наприклад у вигляді шару силікону або паперу. Як ПТС 6 може бути використано, наприклад суміш Al  Fe2O3 / KClO4 , питома теплота згоряння якої становить близько 6 кДж/г, а температура горіння досягає 4000 °C. Можливі й інші способи розміщення ПТС 6 у вершині КО 5, наприклад шляхом приклеюванння її спресованого брикету. В залежності від кількості ПТС 6, яка визначається висотою її шару h1 у вершині КО 5, можливо отримати зміну геометричних параметрів утворюваного КЗ перфораційного отвору. На фіг. 2 показано залежності (у відносних одиницях) об'єму перфораційного отвору V від співвідношення висоти шару ПТС h1 та висоти КО h 2 . Так, при збільшенні висоти шару ПТС 6 до 0,3 h 2 можливо досягти збільшення за нелінійною залежністю об'єму перфораційного отвору майже втричі, порівняно з прототипом. При подальшому збільшенні висоти шару ПТС 6 не відбувається істотного збільшення об'єму перфораційного отвору. 64292 4 Кумулятивна виїмка з КО 5, ПТС 6 та фіксатором 7 герметизується кришкою 8 із ущільнювачем 9. Якщо К3 перфоратора - негерметичної конструкції, в цьому разі він не містить кришки 8 та ущільнювача 9, а герметизація кумулятивної виїмки забезпечується завдяки розміщенню КЗ в герметичному корпусі кумулятивного перфоратора. До дна оболонки 1 КЗ кріпиться детонуючий шнур 10, наприклад, защіпкою (на фіг. 1 не показано). Після ініціювання детонуючого шнура 10 детонація через оболонку 1 К3, шари 4, з ВР передається до основної шашки 2. При її детонації забезпечується вісесиметричне обтиснення КО 5. Під час цього у КЗ перфоратора, який було обрано як прототип, з вершини КО формується головна частина КС, з інших частин, власне хвостова частина КС. При цьому формується розтягнутий і відносно тонкий (діаметром до 2 мм) КС, сфокусований відносно осі КЗ, який здатний створити у свердловинному об'єкті перфорації (трубі, цементному кільцю, пласті-колекторі) вузький глибокий перфораційний отвір відносно невеликого об'єму. У запропонованому згідно з корисною моделлю КЗ перфоратора (фіг. 1) процес формування КС відрізняється від прототипу. Так, під час вісесиметричного обтиснення вершини КО 5 в процес формування головної частини КС долучається шар ПТС 6. При цьому відбувається розфокусування головної частини KC, що призводить до збільшення його діаметра, а додаткове тепловиділення від ПТС 6 посилює теплоенергетичний вплив головної частини KC та, власне, всього KC на свердловинний об'єкт перфорації. Порівняно з прототипом, КС запропонованого згідно з корисною моделлю КЗ перфоратора має більший діаметр та теплоенергоємність. Це дозволяє забезпечити більш інтенсивну пластичну течію матеріалу свердловинного об'єкта перфорації в радіальному напрямку без суттєвого проникнення KC вглиб, проте з відчутним збільшенням об'єму перфораційного отвору. Використання запропонованої конструкції К3 перфоратора дозволяє розширити технологічні можливості його застосування та забезпечити ефективне проведення прострілювальновибухових робіт, пов'язаних зі створенням перфораційних отворів великого вхідного діаметра та збільшеного об'єму. Таким чином, поставлена задача корисної моделі вирішується. Джерела інформації: 1. Патент на корисну модель № 1124 UA. Герметичний кумулятивний заряд безкорпусного перфоратора для бурових робіт. Опубл. 17.12.2001. Бюл. №11. 2. Авторское свидетельство № 1816850 СССР. 5 М. Кл. Е21В43/117. Кумулятивний заряд перфоратора. Опубл. 23.05.93. Бюл. № 19. 3. Патент на корисну модель № 49206 UA. Кумулятивний заряд перфоратора. Опубл. 26.04.2010. Бюл. № 8 (прототип). 5 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 64292 6 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601