Патент на изобретение №2358094

(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ НЕКРУГЛЫХ ПЕРФОРАЦИЙ В ПОДЗЕМНОМ НЕСУЩЕМ УГЛЕВОДОРОДЫ ПЛАСТЕ, НЕЛИНЕЙНЫЙ КУМУЛЯТИВНЫЙ ПЕРФОРАТОР, СТРЕЛЯЮЩИЙ ПЕРФОРАТОР (ВАРИАНТЫ)

(57) Реферат:

Группа изобретений относится к нефтепромысловому перфорированию и разрыву пласта с использованием кумулятивных взрывных зарядов. Технический результат – формирование способа для создания линейных или щелевых перфораций с использованием кумулятивных взрывных перфораторов с упрощенной конструкцией. Нелинейный кумулятивный перфоратор содержит монолитную осесимметричную металлическую оболочку, в которой расположен главный взрывной заряд между передней частью оболочки, которая закрыта вогнутой металлической прокладкой (24), и закрытым задним концом (14) оболочки. Главный взрывной заряд содержит несколько точек (30) инициирования, предпочтительно две точки инициирования, расположенные на угловом расстоянии около 180° друг от друга на наружной поверхности заряда, так что при детонации перфоратора главный заряд инициируется так, что металлическая прокладка разрушается в некруглую струю, предпочтительно веерообразную струю, которая пронизывает обсадную трубу скважины и образует некруглые перфорации, предпочтительно щелеобразные перфорации в окружающем пласте. 8 н. и 30 з.п. ф-лы, 10 ил.

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится в целом к нефтепромысловому перфорированию и разрыву пласта с использованием кумулятивных взрывных зарядов и, в частности, относится к способу образования некруглых перфораций в несущих углеводороды подземных пластах с использованием имеющего уникальную конструкцию кумулятивного перфоратора, имеющего несколько точек инициирования.

Уровень техники

После бурения скважины и цементирования обсадной трубы в скважине создают перфорации в обсадной трубе, цементной облицовке и окружающем пласте для обеспечения путей или туннелей в пласте, через которые нефть и газ могут протекать в направлении скважины, через отверстия в цементной облицовке и в обсадной трубе и в скважину для транспортировки на поверхность. Эти перфорации обычно выполнены в виде цилиндрических или круглых отверстий, полученных посредством обычных кумулятивных взрывных перфораторов. Обычно эти перфораторы плотно располагают по спиральным схемам вокруг забойных инструментов, называемых скважинными перфораторами или стреляющими перфораторами, которые опускают в скважину вблизи целевых пластов добычи нефти и газа. После размещения на месте кумулятивные заряды взрывают, получая за счет этого несколько отверстий в обсадной трубе, цементной облицовке и окружающем целевом пласте. Во многих случаях взрывают сотни таких зарядов в быстрой последовательности для создания большого числа перфораций, которые проникают радиально во всех направлениях в целевой пласт.

Обычные кумулятивные перфораторы содержат обычно чашеобразную металлическую оболочку или корпус, имеющий открытый конец, бризантный взрывной заряд, расположенный внутри оболочки, и тонкую вогнутую металлическую прокладку, закрывающую открытый конец. Оболочка имеет основную часть, которая предназначена для размещения детонаторного шнура, который также соединен с основной частью других кумулятивных зарядов, так что большое число зарядов можно детонировать почти одновременно. Каждый кумулятивный заряд обычно детонирует посредством инициирования взрывного заряда детонаторным шнуром в одной точке позади основной части оболочки, обычно в точке центральной горизонтальной оси оболочки. В результате взрывная волна разрушает металлическую прокладку с образованием движущейся вперед с высокой скоростью струи, которая выходит из открытого конца оболочки. Струя является сильно сфокусированным пенетратором металла, в котором вся энергия сфокусирована на одной линии. Струя, движущаяся со скоростью порядка 7 км/с, пронизывает обсадную трубу и цементную облицовку с образованием цилиндрического туннеля в окружающем целевом пласте. Обычные кумулятивные перфораторы создают обычно круглые туннели, имеющие диаметр менее около 2,54 см (т.е. менее около 1 дюйма).

После образования отверстий в пласте посредством кумулятивных перфораторов часто нагнетают жидкость с высокой вязкостью в пласт для гидравлического разрыва скальной породы и подпорки разрывов в открытом положении, с образованием тем самым проницаемого пути прохождения, по которому нефть и газ могут входить в скважину. Типичной проблемой, часто встречающейся при разрыве через круглые туннели, выполненные посредством обычных кумулятивных перфораторов, является то, что круглые отверстия имеют тенденцию к перекрытию подпирающим веществом, вызывая появление в процессе разрыва так называемых выпадений песка из жидкости разрыва. Эти выпадения песка часто приводят к остановке обработки разрывом. Известно, что диаметры круглых отверстий должны быть, по меньшей мере, в шесть раз больше среднего диаметра частиц расклинивающего наполнителя для исключения перекрытия и вызываемого им выпадения песка, которые создают помехи работе. Известно также, что если отверстия, создаваемые в пласте, имеют форму щели, то ширина щели должна быть лишь в 2,5-3 раза больше среднего диаметра частиц расклинивающего наполнителя для предотвращения перекрытия подпирающим веществом. Меньшие требования к перфорации щели приводят к проникновениям, которые могут открывать большую поверхность пласта, что увеличивает добычу. Кроме того, при заданной ширине щели можно использовать более крупный расклинивающий наполнитель для создания более проницаемых разрывов, которые облегчают прохождение нефти и газа.

Предлагалось создавать щелевые перфорации в пластах нефти и газа с использованием линейных кумулятивных зарядов. Однако использование линейных кумулятивных зарядов, согласно уровню техники, имеет несколько недостатков. Во-первых, за счет геометрии линейные струи, создаваемые такими зарядами, обеспечивают плохое проникновение в пласт. Во-вторых, инструменты, используемые для создания линейных струй, сильно отличаются от обычных конструкций и поэтому требуют дополнительного обучения персонала и увеличивают вероятность дорогостоящих ошибок. Перфораторы для несения линейных зарядов являются очень сложными и создают вероятность механической поломки, которая приводит к дорогостоящему ремонту или даже к потере скважины.

Из приведенного выше следует, что желательно создание способа для создания линейных или щелевых перфораций с использованием кумулятивных взрывных перфораторов более простой конструкции по сравнению с конструкцией линейного кумулятивного заряда.

Раскрытие изобретения

В соответствии с изобретением было установлено, что линейные и другие не круглые перфорации можно выполнять в подземных несущих углеводороды пластах, окружающих скважину, посредством детонации в скважине имеющих одинаковую конструкцию, нелинейных кумулятивных перфораторов, имеющих несколько точек инициирования. Кумулятивный перфоратор, согласно изобретению, содержит единую нелинейную осесимметричную оболочку, имеющую боковые стенки, открытый передний конец и закрытый задний конец. Главный взрывной заряд, состоящий из бризантного взрывчатого вещества, заполняет полый канал, заданный боковыми стенками и закрытым задним концом, а образующая струю осесимметричная металлическая прокладка закрывает открытый передний конец оболочки. Взрывной заряд имеет заднюю часть и стороны, которые находятся на одном уровне и соответствуют форме внутреннего пространства оболочки, заданного закрытым задним концом и боковыми стенками, и переднюю часть, которая расположена на одном уровне и соответствует форме внутренней поверхности прокладки. Кроме того, кумулятивный перфоратор выполнен с возможностью наличия двух или более точек инициирования для главного взрывного заряда. Точки инициирования обычно расположены на главном взрывном заряде так, что когда кумулятивный перфоратор детонирует, то прокладка образует струю, по меньшей мере, часть которой имеет форму, которая обеспечивает проникновение струи в несущий углеводороды пласт таким образом, чтобы создавать некруглые перфорации в пласте.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения кумулятивный перфоратор содержит лишь две точки инициирования для главного взрывного заряда. Эти точки инициирования обычно расположены обе на задней части или на сторонах главного взрывного заряда на угловом расстоянии между около 165° и около 195°, предпочтительно около 180°, друг от друга в плоскости, перпендикулярной центральной горизонтальной оси кумулятивного перфоратора. При инициировании главного взрывного заряда в этих точках образуемая взрывная волна разрушает металлическую прокладку в струю, имеющую, по меньшей мере, одну часть в форме веера. Эта веерообразная струя образует линейную или щелевую перфорацию в обсадной трубе, цементной облицовке и в несущем углеводороды пласте, окружающем скважину.

Вспомогательный заряд, который может быть одинаковым или отличаться от бризантного взрывчатого вещества, содержащегося в главном взрывном заряде, обычно используется для инициирования главного взрывного заряда. Вспомогательное взрывчатое вещество занимает два или более проходов в стенках осесимметричной монолитной оболочки. Эти проходы проходят от задней части закрытого заднего конца оболочки во внутреннее пространство оболочки, так что вспомогательное взрывчатое вещество, заполняющее проходы, соединяется, обычно за счет непосредственного контакта, с главным взрывным зарядом в желаемых точках его инициирования. Вспомогательное взрывчатое вещество инициируют обычно с использованием детонаторного шнура в точке или точках в задней части закрытого заднего конца оболочки, где начинаются проходы. Детонационные волны, образующиеся в результате инициирования вспомогательного взрывчатого вещества, проходят через отдельные проходы в стенках оболочки, пока не достигнут точек, в которых вспомогательные взрывчатые вещества соединяются с главным взрывным зарядом. Здесь детонационные волны инициируют главный взрывной заряд, прокладка разрушается с образованием движущейся вперед веерообразной струи.

Щелеобразные перфорации, образованные с использованием кумулятивных перфораторов, согласно изобретению, минимизируют возможность перемычки во время обработки разрывом, что увеличивает эффективность обработки и уменьшает механические риски, связанные с обработкой. Поскольку перфораторы, согласно изобретению, являются нелинейными и имеют более обычную наружную конструкцию, чем линейные кумулятивные заряды, то их легко приспосабливать для использования с имеющимся нефтедобывающим перфорационным оборудованием, что исключает необходимость переучивания персонала. Дополнительно к этому, веерообразные струи, создаваемые перфораторами, согласно изобретению, могут открывать большую площадь поверхности пласта и вызывать меньшее повреждение пласта, чем круглые струи, которые образуются обычными кумулятивными перфораторами. Это, в свою очередь, приводит к увеличенному потоку нефти и газа через перфорации в скважину.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено:

фиг.1 – разрез по линии 1-1 на фиг.2 одного варианта выполнения кумулятивного перфоратора, согласно изобретению, имеющего две точки инициирования на главном взрывном заряде, в изометрической проекции;

фиг.2 – кумулятивный перфоратор, согласно изобретению, показанный на фиг.1, на виде спереди;

фиг.3 – разрез по линии 3-3 на фиг.2 кумулятивного перфоратора, согласно изобретению, показанного на фиг.1 и 2;

фиг.4 – кумулятивный перфоратор, согласно изобретению, показанный на фиг.1 и 3, на виде сзади;

фиг.5 – кумулятивный перфоратор, согласно изобретению, показанный на фиг.1 и 3, на виде сбоку;

фиг.6 – кумулятивный перфоратор, согласно изобретению, показанный на фиг.5, на виде сбоку после поворота на 90°;

фиг.7 – продольный разрез кумулятивного перфоратора, согласно изобретению, аналогичного перфоратору, показанному на фиг.3, но имеющего три точки инициирования на главном взрывном заряде;

фиг.8 – продольный разрез кумулятивного перфоратора, согласно изобретению, аналогичного перфоратору, показанному на фиг.3, но имеющего четыре точки инициирования на главном взрывном заряде;

фиг.9 – продольный разрез кумулятивного перфоратора, согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения, имеющего две точки инициирования на главном взрывном заряде; и

фиг.10 – продольный разрез кумулятивного перфоратора, согласно изобретению, аналогичного перфоратору, показанному на фиг.9, но имеющего четыре точки инициирования на главном взрывном заряде.

Все одинаковые или аналогичные элементы на чертежах обозначены идентичными позициями.

Осуществление изобретения

На фиг.1-6 показан вариант выполнения взрывного нелинейного кумулятивного перфоратора, согласно изобретению, обозначенного в целом позицией 10. Обычно множество этих кумулятивных зарядов, обычно между около 10 и около 1000 и предпочтительно между около 30 и около 200, устанавливают по спирали вокруг зарядной трубы перфоратора, не представленной на чертежах, и соединяют друг с другом детонаторным шнуром, который также не изображен на чертежах. Перфоратор опускают в обсадную трубу скважины, которая пробурена в несущий углеводороды пласт, так что кумулятивные перфораторы можно детонировать с образованием перфораций в обсадной трубе, цементной облицовке между наружной стороной обсадной трубы и пластом, и в самом пласте. Детонаторный шнур инициируется капсюлем-детонатором, который приводится в действие посредством электрического сигнала, генерированного на поверхности скважины, и получаемая детонационная волна инициирует отдельные взрывные кумулятивные перфораторы 10 в скважинном перфораторе при ее прохождении по детонаторному шнуру. Нелинейные кумулятивные перфораторы 10 могут быть выполнены и расположены на скважинном перфораторе так, чтобы пронизывать несущий углеводороды целевой пласт по существу некруглыми перфорациями симметрично во всех направлениях или же, если желательно, в выбранной плоскости или плоскостях.

Нелинейный кумулятивный перфоратор 10, показанный на фиг.1-6, содержит единственный, монолитный осесимметричный металлический корпус 12, имеющий закрытый задний конец 14, боковые стенки 16 и открытый передний конец 18, которые задают полое внутреннее пространство. Оболочка предпочтительно выполнена из стали, но может быть выполнена из других металлов, таких как алюминий или цинк. Как показано на фиг.1-6, снаружи оболочка 12 имеет в основном форму чаши, но может принимать любую форму, позволяющую легко использовать ее в обычном скважинном перфораторе. Обычно оболочка не имеет эллиптический профиль. Форма внутреннего пространства оболочки может быть, среди прочего, конусной, двойной конусной, тюльпанообразной, полусферической, рупорной, колоколообразной, гиперболоидной, гиперболоидно-параболоидной, цилиндрической и параболической. Дополнительно к этому, внутренняя форма может быть комбинацией указанных выше форм. Например, внутренняя форма варианта выполнения, показанного на фиг.1-6, является комбинацией конуса с цилиндром.

Оболочка 12 содержит два канала, состоящих из проходов 20 и 22, которые просверлены в сплошных стенках оболочки 12. Проходы 20 проходят от центра задней части закрытого заднего конца 14 через его стенки вверх и вниз под углом около 45° от центральной горизонтальной оси 11 (смотри фиг.3) перфоратора 10. Эти проходы 20 пересекаются и соединяются с проходами 22 в боковых стенках 16, при этом проходы проходят параллельно центральной горизонтальной оси перфоратора. Проходы 22 пересекаются и соединяются с внутренним пространством оболочки 12, образованной внутренними поверхностями закрытого заднего конца 14 и боковыми стенками 16.

Открытый конец 18 кумулятивного перфоратора 10 закрыт вогнутой металлической прокладкой 24, которая обычно имеет форму, выбранную, среди прочего, из конусной, двойной конусной, тюльпанообразной, полусферической, рупорной, колоколообразной, гиперболоидной, гиперболоидно-параболоидной, цилиндрической и параболической. Хотя показанная на фиг.1-6 прокладка 24 имеет единственную форму конуса, очевидно, что прокладка может содержать комбинацию из указанных выше форм. Прокладка предпочтительно выполнена из гомогенной смеси спрессованного порошкообразного металла, удерживаемого небольшим количеством связующего материала, который может быть, среди прочего, полимером или металлом, таким как висмут или свинец. Порошкообразный металл, используемый для формирования прокладки, обычно выбирается из группы, состоящей из меди, вольфрама, свинца, никеля, олова, молибдена и их смесей. В некоторых случаях прокладку можно вырезать из сплошного куска металла вместо изготовления из спрессованного порошкообразного металла.

Полое внутреннее пространство оболочки 12, образованное закрытым задним концом 14, боковыми стенками 16 и внутренней поверхностью прокладки 24, заполнено бризантным взрывчатым материалом, который спрессован с образованием главного взрывного заряда 26. Бризантное взрывчатое вещество может быть RDX, HMX, HNS, PYX, NONA, ONT, TATB, HNIW, TNAZ, PYX, NONA, BRX, PETN, CL-20, NL-11 или другим подходящим взрывчатым веществом, известным из уровня техники. Вспомогательное взрывчатое вещество 26 заполняет проходы 20 и 22 в стенках оболочки 12. Вспомогательное взрывчатое вещество может быть одинаковым или отличным от бризантного взрывчатого вещества, составляющего главный взрывной заряд 26, и обычно выбирается из указанной выше группы взрывчатых веществ. Вспомогательное взрывчатое вещество обычно находится в контакте с задней поверхностью главного взрывного заряда в двух местах или точках 30 инициирования, которые предпочтительно находятся на угловом расстоянии между около 170° и 190° и наиболее предпочтительно около 180° друг от друга на задней части главного взрывного заряда. Эти точки инициирования предпочтительно лежат в одной плоскости, перпендикулярной центральной горизонтальной оси 11 перфоратора 10. Внутренняя часть оболочки обычно содержит лишь главный взрывной заряд и обычно не содержит элементов формирования волны, отражателей, вставок, внутренних оболочек и т.п. Однако для специальных целей могут возникать ситуации, в которых внутренняя часть оболочки может содержать любые из этих элементов.

Было установлено, что при детонации нелинейного кумулятивного перфоратора 10, согласно изобретению, в скважине, пробуренной в несущий углеводороды подземный пласт, посредством инициирования главного взрывного заряда в двух местах или точках на угловом расстоянии около 180° друг от друга на наружной поверхности задней части или сторонах заряда, приводит к разрушению прокладки 24 с образованием веерообразной струи, которая образует щелеобразные отверстия или перфорации в окружающем пласте. Отверстия такой формы являются предпочтительными по сравнению с круглыми отверстиями, создаваемыми кумулятивными перфораторами, главный взрывной заряд которых инициируется в единственной точке, расположенной по центру или на вершине его задней части, или во многих точках, распределенных симметрично вокруг его наружной поверхности или периферии, с образованием в основном круглой струи.

Эти щелеобразные или линейные перфорации не перемыкаются так легко, как круглые отверстия, образованные круглыми струями, и могут открывать большую площадь поверхности пласта с меньшим повреждением пласта, что приводит к образованию большего потока нефти и газа в скважину.

После соединения нелинейного кумулятивного перфоратора 10 с детонаторным шнуром или другим детонационным устройством в стреляющем перфораторе и опускания стреляющего перфоратора в желаемое положение в скважине приводят в действие капсюль-детонатор на детонаторном шнуре посредством электрического сигала. Капсюль-детонатор инициирует взрывчатое вещество в детонаторном шнуре, который прикреплен к каждому перфоратору через штырьки 32 на наружной стороне закрытого заднего конца 14, и полученная детонационная волна, проходящая через детонаторный шнур, инициирует вспомогательное взрывчатое вещество в единственном месте у центра задней части закрытого заднего конца 14 каждого перфоратора. Детонационные волны, созданные вспомогательным взрывчатым веществом, проходят через два прохода 20 и затем через вспомогательное взрывчатое вещество в два канала 22, пока не достигнут точек 30 инициирования, расположенных на угловом расстоянии около 180° друг от друга на задней части главного взрывного заряда 26. Затем в этих двух местах происходит инициирование главного взрывного заряда с образованием детонационных волн, которые разрушают прокладку 24 с образованием высокоскоростной струи, которая движется вперед обычно со скоростью между около 7,0 и около 11 км/с. Движущаяся вперед струя выходит из открытого конца перфоратора в виде сильно сфокусированного металлического пенетратора, имеющего форму, аналогичную вееру. Эта струя после пронизывания обсадной трубы скважины и цементной облицовки создает щелеобразные или по существу линейные перфорации в окружающем пласте.

Предпочтительно, чтобы перфорации, образованные в пласте, были по существу линейными и имели отношение высоты к ширине более около 1,5, предпочтительно больше 2,0, и чтобы перфорированные туннели были прямыми, глубокими и неповрежденными. Для получения таких оптимальных результатов струя, образованная посредством детонации каждого кумулятивного перфоратора, должна иметь по существу форму веера в поперечном сечении перпендикулярно плоскости, в которой струя имеет наибольшую ширину. Для получения такой струи предпочтительно, чтобы главный взрывной заряд инициировался лишь в двух точках на угловом расстоянии около 180° друг от друга в одной плоскости, перпендикулярной центральной горизонтальной оси перфоратора. Очевидно, что линейные перфорации можно получать посредством инициирования главного взрывного заряда в более чем двух точках, например в трех или четырех точках, и что некруглые перфорации различной формы могут также приводить к увеличению добычи нефти и газа посредством инициирования главного взрывного заряда в более чем двух точках.

Действительный размер щелеобразных перфораций и образуемых в нефтяных и газовых пластах туннелей с использованием нелинейных кумулятивных перфораторов, согласно изобретению, можно изменять посредством изменения положения точек инициирования на наружной поверхности задней части и/или сторон главного взрывного заряда 26. Обычно, если две точки инициирования расположены на угловом расстоянии около 180° друг от друга на задней части взрывного заряда, то расположение их ближе друг к другу на задней части приводит к образованию узкой веерообразной струи, которая создает щелеобразную перфорацию, имеющую небольшое отношение высоты к ширине и относительно большую длину, в то время как перемещение точек дальше друг от друга на задней части заряда приводит к образованию более широкой веерообразной струи, которая создает щелеобразную перфорацию, имеющую большое отношение высоты к ширине и более короткую длину. Если одну из точек инициирования переместить с задней части взрывного заряда на заднюю часть одной из сторон взрывного заряда, а другую переместить с задней части взрывного заряда на заднюю часть противоположной стороны взрывного заряда, то создается еще более широкая веерообразная струя, которая в свою очередь создает перфорацию, имеющую еще большее отношение высоты к ширине. Перемещение точек инициирования вперед по сторонам заряда в направлении середины, а затем в направлении передней части обычно приводит к все более широкой веерообразной струе, которая в свою очередь создает щелеобразную перфорацию, имеющую большое отношение высоты к ширине и более короткий туннель.

В вариантах выполнения изобретения, описание которых было приведено выше, главный взрывной заряд кумулятивного перфоратора, согласно изобретению, инициируется в двух точках посредством вспомогательного взрывчатого вещества, которое детонируется в одном месте с использованием детонаторного шнура. Очевидно, что инициирование главного взрывного заряда можно выполнять непосредственно с помощью детонаторного шнура без использования вспомогательного взрывчатого вещества. В качестве альтернативного решения можно использовать электронный детонатор для инициирования вспомогательного взрывчатого вещества или главного взрывного заряда вместо детонаторного шнура. Кроме того, вместо инициирования в двух единичных точках инициирования, расположенных на угловом расстоянии около 180° друг от друга на задней части или сторонах, главный взрывной заряд можно инициировать в пучке точек, например в 2, 3 или 4 точках, расположенных вблизи друг друга, при этом пучки расположены на угловом расстоянии около 180° друг от друга на главном взрывном заряде.

На фиг.7 и 8 показаны варианты выполнения, аналогичные варианту выполнения, показанному на фиг.1-6, но отличающиеся числом точек инициирования на главном взрывном заряде. Предпочтительный вариант выполнения кумулятивного перфоратора, согласно изобретению, показанный на фиг.7, аналогичен варианту выполнения, показанному на фиг.3, но отличается наличием третьей точки 31 инициирования, расположенной на задней части главного взрывного заряда 26 вблизи центральной горизонтальной оси 11 перфоратора 10. Эта третья точка на главном взрывном заряде инициируется вспомогательным взрывчатым веществом 28, которое заполняет канал 23, который проходит через стенку закрытого заднего конца 14 вдоль центральной горизонтальной оси 11 перфоратора.

Предпочтительный вариант выполнения кумулятивного перфоратора, согласно изобретению, показанный на фиг.8, аналогичен вариантам выполнения, показанным на фиг.3 и 7, но отличается наличием двух пар точек 30 и 33 инициирования, т.е. четырех точек инициирования. Точки инициирования в каждой паре расположены на угловом расстоянии около 180° на задней части главного взрывного заряда 26. Дополнительные точки 33 инициирования инициируются посредством вспомогательного взрывчатого вещества 28, которое заполняет каналы 25, которые аналогично проходам 20 проходят через стенку закрытого заднего конца 14. Две точки 33 инициирования расположены ближе друг к другу на задней стороне главного взрывного заряда, чем точки 30 инициирования.

Альтернативный вариант выполнения нелинейного кумулятивного перфоратора, согласно изобретению, показан на фиг.9 и обозначен позицией 40. Аналогично перфоратору 10, показанному на фиг.3, перфоратор 40 содержит оболочку 42, имеющую закрытый задний конец 44 и боковые стенки 46, которые образуют полое внутреннее пространство с открытым концом. Прокладка 48 расположена внутри полого внутреннего пространства и закрывает открытый конец. Главный взрывной заряд 50, состоящий из бризантного взрывчатого материала, заполняет полое внутреннее пространство перфоратора и соответствует и находится на одном уровне с внутренней поверхностью прокладки 48. Два канала 52 в задней части закрытого конца 44 оболочки 42 проходят от задней наружной поверхности оболочки через стенки закрытого заднего конца и соединены с задней частью главного взрывного заряда 50 в точках 54 инициирования. Каналы заполнены вспомогательным взрывчатым веществом 56, которое находится в контакте с главным взрывным зарядом в точках 54 инициирования.

Перфоратор 40 детонируют посредством инициирования вспомогательного взрывчатого вещества 56 в задней части каждого канала 52, обычно с использованием детонаторного шнура (не изображен), который находится в контакте с задним концом каждого канала. Создаваемые при этом детонационные волны проходят через каналы 52 к точкам 54 инициирования на задней части главного взрывного заряда 50. Здесь происходит инициирование главного взрывного заряда с образованием детонационных волн, которые разрушают прокладку с образованием веерообразной струи.

На фиг.10 показан вариант выполнения изобретения, аналогичный варианту выполнения, показанному на фиг.9, но отличающийся тем, что дополнительно к двум точкам 54 инициирования на задней части главного взрывного заряда 50 предусмотрены дополнительные две точки 55 инициирования на сторонах главного взрывного заряда. Дополнительные точки 55 инициирования инициируются посредством вспомогательного взрывчатого вещества 56, которое заполняет каналы 57, которые проходят через стенки сторон 46 перфоратора 40. Аналогично точкам 54 инициирования на задней части главного взрывного заряда точки 55 инициирования расположены на угловом расстоянии между около 165° и 195°, предпочтительно около 180°, друг от друга в плоскости, перпендикулярной центральной горизонтальной оси перфоратора.

В вариантах выполнения изобретения, описание которых приведено выше, главный взрывной заряд кумулятивного перфоратора, согласно изобретению, инициируется в двух или более точках с целью образования веерообразной струи, которая создает по существу линейные перфорации в целевом пласте. Однако понятно, что инициирование в двух или более точках можно также использовать для создания некруглых перфораций с формой, отличной от линейной. В таких случаях точки инициирования обычно распределены вокруг наружной поверхности главного взрывного заряда так, чтобы при одновременном инициировании в нескольких точках создавалась струя не круглой формы в противоположность струе круглой формы.

В данной заявке раскрыт нелинейный кумулятивный перфоратор для использования для перфорации нефтяного и газового пласта, в который пробурена скважина, содержащий монолитную, осесимметричную металлическую оболочку, в которой расположен главный взрывной заряд между передней частью оболочки, которая закрыта вогнутой металлической прокладкой, и закрытым задним концом оболочки. Главный взрывной заряд содержит несколько точек инициирования, предпочтительно две точки инициирования, расположенные на угловом расстоянии около 180° друг от друга на наружной поверхности заряда, так что при детонации перфоратора главный заряд инициируется так, что металлическая прокладка разрушается в некруглую струю, предпочтительно веерообразную струю, которая пронизывает обсадную трубу скважины и образует некруглые перфорации, предпочтительно щелеобразные перфорации в окружающем пласте.

Заявитель оставляет за собой право претендовать или снимать претензии в настоящее время и в будущем на любой признак, комбинацию признаков или частичную комбинацию раскрытых здесь признаков.

Все цифровые и количественные данные, приведенные в данной заявке (включая описание, формулу изобретения, реферат, чертежи и любые приложения), являются приблизительными.

Изобретение, раскрытое в качестве иллюстрации в описании или формуле изобретения, можно использовать на практике в отсутствии любого элемента, который специально не раскрыт или не указан в формуле изобретения. Таким образом, изобретение может содержать, состоять или состоять по существу из элементов, раскрытых в описании или формуле изобретения.

Прилагаемая формула изобретения должна охватывать максимально широкий возможный объем, соответствующий данной заявке. Формула изобретения не обязательно ограничивается предпочтительными вариантами выполнения или вариантами выполнения, показанными в качестве примера.

Содержание всех патентов, ранее поданных патентных заявок и любых других документов и печатных публикаций, процитированных или относящихся к данной заявке, включается в данное описание.

Хотя описание данного изобретения было дано применительно к нескольким вариантам выполнения и чертежам, показанным на фигурах, для специалистов в данной области техники будут очевидными различные изменения, модификации и вариации в свете предшествующего описания. В соответствии с этим, все эти изменения, модификации и вариации, которые входят в идею и объем прилагаемой формулы изобретения, охватываются ею.

Формула изобретения

1. Способ формирования некруглых перфораций в подземном несущем углеводороды пласте, окружающем скважину, с нелинейным кумулятивным перфоратором, в котором располагают нелинейный кумулятивный перфоратор в указанной скважине, при этом указанный кумулятивный перфоратор содержит единую осесимметричную оболочку, имеющую полое внутреннее пространство, открытый передний конец, боковые стенки и закрытый задний конец, а также создающую струю осесимметричную прокладку, расположенную внутри указанной осесимметричной оболочки и закрывающую указанный открытый передний конец, и главный взрывной заряд, расположенный внутри указанного полого внутреннего пространства между указанной прокладкой и закрытым задним концом указанной осесимметричной оболочки, при этом главный взрывной заряд имеет заднюю часть, которая соответствует и находится, по существу, на одном уровне с указанным закрытым концом, стороны, которые соответствуют и находятся, по существу, на одном уровне с указанными боковыми стенками, и переднюю часть, которая соответствует и, по существу, находится на одном уровне с указанной прокладкой, при этом детонируют указанный нелинейный кумулятивный перфоратор посредством инициирования указанного главного взрывного заряда в двух или более точках так, что указанная подложка образует струю, имеющую форму, которая позволяет указанной струе пронизывать указанный несущий углеводороды пласт с образованием, по существу, некруглой перфорации в указанном пласте.

2. Способ по п.1, в котором указанная струя в поперечном сечении, перпендикулярном плоскости, в которой струя является наиболее широкой, имеет форму веера.

3. Способ по п.1, в котором главный взрывной заряд инициируют в двух точках, расположенных на его наружной поверхности на угловом расстоянии между в основном 165° и в основном 195° друг от друга.

4. Способ по п.3, в котором точки инициирования располагают в одной плоскости, перпендикулярной центральной горизонтальной оси указанного кумулятивного перфоратора.

5. Способ по п.3, в котором главный взрывной заряд инициируют в двух точках, расположенных на задней части главного взрывного заряда на угловом расстоянии между в основном 165° и в основном 195° друг от друга.

6. Способ по п.3, в котором главный взрывной заряд инициируют в двух точках, расположенных на указанных сторонах главного взрывного заряда на угловом расстоянии между в основном 165° и в основном 195° друг от друга.

7. Способ по п.6, в котором точки инициирования располагают на указанных сторонах вблизи задней части главного взрывного заряда.

8. Способ по п.6, в котором точки инициирования располагают на указанных сторонах вблизи середины главного взрывного заряда.

9. Способ по п.6, в котором точки инициирования располагают на указанных сторонах вблизи передней части главного взрывного заряда.

10. Способ по п.3, в котором выполняют осесимметричную прокладку в форме, выбранной из группы, состоящей из конусной, двойной конусной, тюльпанообразной, полусферической, рупорной, колоколообразной, гиперболоидной, гиперболоидно-параболоидной, цилиндрической и параболической форм.

11. Способ по п.3, в котором осесимметричную оболочку выполняют в форме, выбранной из группы, состоящей из конусной, двойной конусной, тюльпанообразной, полусферической, рупорной, колоколообразной, гиперболоидной, гиперболоидно-параболоидной, цилиндрической и параболической форм.

12. Способ по п.3, в котором осесимметричную прокладку выполняют, по существу, конусной формы, при этом внутреннее пространство указанной осесимметричной оболочки имеет частично форму конуса и частично форму цилиндра.

13. Способ по п.3, в котором перфорации выполнены, по существу, в форме щели.

14. Способ по п.13, в котором перфорации выполнены, по существу, в форме линейной щели.

15. Способ по п.13, в котором указанная щель выполняют отношением высоты к ширине более в основном 1,5.

16. Способ по п.3, в котором главный взрывной заряд инициируют одновременно в указанных двух точках посредством отдельных электронных детонаторов.

17. Способ по п.3, в котором главный взрывной заряд инициируют одновременно в указанных двух точках посредством вспомогательного взрывчатого вещества, которое инициируют в одной точке.

18. Способ по п.3, в котором инициирование главного взрывного заряда выполняют в указанных двух точках и не имеется инициирования в другой точке.

19. Способ по п.1, в котором главный взрывной заряд инициируют одновременно в двух или более точках.

20. Способ формирования некруглых перфораций в подземном несущем углеводороды пласте, окружающем скважину, с нелинейным кумулятивным перфоратором, в котором располагают нелинейный кумулятивный перфоратор в указанной скважине, при этом кумулятивный перфоратор содержит единую осесимметричную оболочку, имеющую полое внутреннее пространство, открытый передний конец, боковые стенки и закрытый задний конец, а также создающую струю осесимметричную прокладку, расположенную внутри указанной осесимметричной оболочки и закрывающую указанный открытый передний конец, и главный взрывной заряд, расположенный внутри указанного полого внутреннего пространства между указанной прокладкой и закрытым задним концом указанной оболочки, при этом главный взрывной заряд имеет заднюю часть, которая соответствует и находится, по существу, на одном уровне с указанным закрытым концом, стороны, которые соответствуют и находятся, по существу, на одном уровне с указанными боковыми стенками, и переднюю часть, которая соответствует и, по существу, находится на одном уровне с указанной прокладкой, при этом детонируют нелинейный кумулятивный перфоратор посредством инициирования указанного главного взрывного заряда в двух точках, расположенных на угловом расстоянии между в основном 165° и в основном 195° друг от друга на наружной поверхности указанного главного взрывного заряда так, что указанная подложка образует веерообразную струю, которая пронизывает указанный несущий углеводороды пласт с образованием, по существу, линейной перфорации в указанном пласте, при этом указанный взрывной заряд не инициируют в другой точке.

21. Способ по п.20, в котором указанная оболочка не имеет эллиптического профиля.

22. Способ по п.20, в котором главный взрывной заряд инициируют одновременно в указанных двух точках посредством вспомогательного взрывчатого вещества, которое инициируют в единственной точке.

23. Нелинейный кумулятивный перфоратор, содержащий единую осесимметричную оболочку, имеющую полое внутреннее пространство, заданное боковыми стенками, закрытым задним концом и открытым передним концом, при этом указанный закрытый задний конец и/или боковые стенки указанной оболочки содержат, по меньшей мере, два канала, соединенных с указанным полым пространством, а также создающую струю осесимметричную прокладку, расположенную внутри указанной осесимметричной оболочки и закрывающую указанный открытый передний конец, и главный взрывной заряд, расположенный внутри указанного полого внутреннего пространства между указанной прокладкой и закрытым задним концом указанной осесимметричной оболочки, при этом главный взрывной заряд имеет заднюю часть, которая соответствует и находится, по существу, на одном уровне с указанным закрытым концом, стороны, которые соответствуют и находятся, по существу, на одном уровне с указанными боковыми стенками, и переднюю часть, которая соответствует и, по существу, находится на одном уровне с указанной прокладкой, причем вспомогательное взрывчатое вещество, которое занимает указанные каналы в указанной единой осесимметричной оболочке, соединено с задней частью или сторонами указанного главного взрывного заряда в двух или более точках инициирования.

24. Кумулятивный перфоратор по п.23, не содержащий формирователей волны, отражателей, внутренних оболочек и механических вставок.

25. Кумулятивный перфоратор по п.23, в котором единая осесимметричная оболочка содержит два канала, заполненных указанным вспомогательным взрывчатым веществом, при этом указанное вспомогательное взрывчатое вещество соединено с задней частью или сторонами главного взрывного заряда в двух точках инициирования, расположенных на угловом расстоянии между в основном 165° и в основном 195° друг от друга на указанных задней части или сторонах указанного главного взрывного заряда.

26. Нелинейный кумулятивный перфоратор для образования перфораций в несущих углеводороды пластах, содержащий единую осесимметричную оболочку, имеющую полое внутреннее пространство, заданное боковыми стенками, закрытым задним концом и открытым передним концом, а также создающую струю осесимметричную прокладку, расположенную внутри указанной осесимметричной оболочки и закрывающую указанный открытый передний конец, и главный взрывной заряд, расположенный внутри указанного полого внутреннего пространства между указанной прокладкой и закрытым задним концом указанной осесимметричной оболочки, при этом главный взрывной заряд имеет заднюю часть, которая соответствует и находится, по существу, на одном уровне с указанным закрытым концом, стороны, которые соответствуют и находятся, по существу, на одном уровне с указанными боковыми стенками, и переднюю часть, которая соответствует и, по существу, находится на одном уровне с указанной прокладкой, а также средство для инициирования главного взрывного заряда в двух местах, расположенных на угловом расстоянии между в основном 165° и в основном 195° друг от друга на указанных задней части или сторонах указанного главного взрывного заряда, при этом указанный кумулятивный перфоратор не содержит средства инициирования указанного главного взрывного заряда в любом другом месте.

27. Кумулятивный перфоратор по п.26, в котором указанные закрытый задний конец и/или боковые стенки указанной единой осесимметричной оболочки содержат два канала, соединяющихся с указанным полым внутренним пространством, и указанное средство инициирования содержит вспомогательное взрывчатое вещество, занимающее указанные каналы и соединяющееся с указанным главным взрывным зарядом в указанных двух местах инициирования.

28. Кумулятивный перфоратор по п.27, в котором места инициирования расположены оба на сторонах главного взрывного заряда и каналы начинаются в одном месте в задней части закрытого заднего конца указанной оболочки и проходят через задний конец и боковые стенки к местам инициирования.

29. Кумулятивный перфоратор по п.27, в котором места инициирования расположены оба на задней части главного взрывного заряда и каналы начинаются в двух отдельных местах в задней части закрытого заднего конца указанной оболочки и проходят через закрытый задний конец к местам инициирования.

30. Стреляющий перфоратор, содержащий множество кумулятивных перфораторов по п.23.

31. Стреляющий перфоратор по п.30, в котором кумулятивные перфораторы расположены спирально на зарядной трубе указанного стреляющего перфоратора.

32. Стреляющий перфоратор, содержащий множество кумулятивных перфораторов по п.26.

33. Стреляющий перфоратор по п.32, в котором кумулятивные перфораторы расположены спирально на зарядной трубе указанного стреляющего перфоратора.

34. Кумулятивный перфоратор по п.26, в котором средство для инициирования содержит детонаторный шнур.

35. Кумулятивный перфоратор по п.26, в котором средство для инициирования содержит электронный детонатор.

36. Способ по п.3, в котором указанное инициирование главного взрывного заряда выполняют в указанных двух точках и не имеется инициирование на задней части указанного главного взрывного заряда на центральной горизонтальной оси указанного кумулятивного перфоратора.

37. Способ формирования перфораций в пласте, окружающем скважину, с использованием перфоратора по любому из пп.23-29, в котором располагают перфоратор в скважине и детонируют перфоратор с образованием перфорации в пласте.

38. Способ формирования перфораций в пласте, окружающем скважину, с использованием перфоратора по любому из пп.23-29, в котором располагают перфоратор в скважине и детонируют перфоратор с образованием, по существу, линейной перфорации в пласте.

РИСУНКИ