устройство для перфорации скважин

Формула изобретения

1. Устройство для перфорации скважин, содержащее полый корпус с отверстиями-соплами, два заряда твердого топлива, размещенные в противоположных участках полости полого корпуса, и инициаторы, обеспечивающие возможность поджига каждого из зарядов, отличающееся тем, что корпус разделен перегородкой, размещенной между зарядами, один из которых выбран с избытком окислителя, а второй с избытком горючего, при этом оси отверстий-сопел пересекаются вне корпуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перегородка выполнена с возможностью передачи инициирующего импульса через замедлитель от одного заряда к другому.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике добычи жидких и газообразных сред из скважин и может быть использовано для перфорации скважины.

Известно устройство для перфорации скважин, содержащее корпус с соплами, внутри которого размещен заряд и рабочий элемент [1]

Однако известное устройство имеет недостатки. В частности, для его снаряжения необходимо рабочее тело, т.е. некоторое вещество, обладающее достаточной плотностью и которое необходимо разгонять через сопла с помощью заряда для формирования отверстия в стенке скважины. Наличие этого вещества приводит к быстрому выходу из строя корпуса и сопел. К тому же, внедрение его в стенку скважины приводит к недостаточно эффективной перфорации.

Наиболее близким к настоящему изобретению является устройство для перфорации скважин, содержащее полый корпус с отверстиями-соплами, два заряда твердого топлива, размещенные в противоположных участках полости полого корпуса, и инициаторы, обеспечивающие возможность воспламенения каждого из зарядов [2]

Однако это техническое решение не позволяет достаточно эффективно осуществлять перфорацию в многослойных преградах, какими являются обсадные колонные скважины, представляющие собой конструкцию, состоящую из стальной трубы с толщиной стенки до 12 мм и наружного цементного кольца толщиной порядка 100 мм, т.к. в этом устройстве в качестве рабочего тела для разрушения породы используется жидкость, которая не создает необходимое динамическое и термическое воздействие для эффективной перфорации. Кроме того, при этом энергия пороховых газов передается жидкости, что приводит к увеличению нагрузки на стенки корпуса.

Таким образом, настоящее изобретение направлено на получение следующего технического результата: увеличение срока службы устройства, снижение его веса, более эффективное использование заряда, увеличение скорости и глубины перфорации скважин.

Для получения вышеуказанного технического результата в устройстве для перфорации скважины, содержащем полый корпус с отверстиями-соплами, два заряда твердого топлива, размещенные в противоположных участках полости полого корпуса, и инициаторы, обеспечивающие возможность инициирования каждого из зарядов, корпус разделен перегородкой, размещенной между зарядами, один из которых убран с избытком окислителя, а второй с избытком горючего, при этом оси отверстий-сопел пересекаются вне корпуса.

Получению указанного результата способствует также то, что перегородка выполнена с возможностью передачи инициирующего импульса через замедлитель от одного заряда к другому, в качестве заряда с избытком окислителя выбраны перхлораты металлов, например, хлорид натрия, в качестве заряда с избытком горючего может быть использован порох следующего состава:

Перхлорат аммония 70-76%

Сополимер бутадиен каучука и акриловой кислоты 15-20%

Алюминий 9-10%

Окись магния 0,1-0,3%

Поскольку заряды с избытком окислителя и с избытком горючего разделены, а оси отверстий-сопел пересекаются под углом в плоскости перегородки, то перемешивание продуктов горения происходит вне устройства, что, в свою очередь, позволяет уменьшить давление и температуру внутри корпуса и, с другой стороны, эффективно разрушать металлическую стенку скважины, т.к. наличие окислителя кислорода в одной из струй позволяет прожигать металлическую стенку скважины при температуре воспламенения металла, которая существенно ниже температуры плавления. В то же время газовые струи кроме термического воздействия обладают достаточным импульсом для разрушения бетонной стенки скважины.

Согласно чертежу устройство для перфорации скважины содержит полый корпус 1 с отверстиями-соплами 2. Корпус 1 может быть выполнен составным. Заряды 3 и 4 твердого топлива, размещенные на противоположных участках полости полого корпуса 1. В корпусе 1 размещены инициаторы 5 и перегородка 6, разделяющая заряды 3 и 4. Один из зарядов, например заряд 3, выбран с избытком окислителя, а заряд 4 с избытком горючего. Следует отметить, что под зарядом с избытком окислителя подразумевается такой заряд, что при его сгорании не весь окислитель расходуется. Для настоящего случая избыток окислителя должен составлять от 10 до 100% К этим веществам могут быть отнесены пороха, хлораты и перхлораты металлов. Аналогично для заряда с избытком горючего избыток окислителя должен составлять от 10 до 80% Этим окислителем может быть порох следующего состава:

NaCO₃ до 97%

Na₂O 0-6%

Слюда 1-5%

O₂ 0-0,5%

Na₂O₂ 0-10%

Отверстия-сопла 2 выполнены в корпусе 1 зеркально-симметрично относительно плоскости 7 перегородки 6. При этом оси 8 и 9 отверстий-сопел 2 пересекаются в плоскости 7 перегородки 6 вне корпуса 1.

Устройство работает следующим образом.

После размещения устройства в скважине с помощью инициатора 5 осуществляется поджиг зарядов 3 и 4. Образовавшиеся в результате газы истекают через сопла 2 с последующим их пересечением в месте расположения металлической стенки скважины. Поскольку заряд 3 выполнен с избытком окислителя, то происходит воспламенение металлической стенки скважины. Повышению температуры на этом участке способствует также поток газа от заряда с избытком горючего. Кроме того, заряд с избытком горючего создает высокий удельный импульс, который разрушает бетонную стенку скважины.