Один из распространенных инструментов добычи нефти — кумулятивные перфораторы. Это устройства, состоящие из средств взрывания и герметичных корпусов, внутри которых находятся кумулятивные заряды, расположенные с определенной частотой по длине всего перфоратора. Приток нефти и газа зависит от характеристик этих зарядов.

— По окончании бурения нефтяной или газовой скважины ее стенки закрепляют обсадными трубами и цементируют. Нефтегазоносные пласты (порода, пропитанная нефтью, газом и водой) перекрываются обсадными трубами и цементным кольцом. Приток в такую скважину невозможен, пока не будет условий для сообщения продуктивного пласта со скважиной. Чтобы обеспечить приток нефти и газа из пласта, в обсадной колонне и окружающем ее цементном кольце создают отверстия, обеспечивающие сообщение между пластом и скважиной: по этим каналам нефть и газ поступают в скважину. Как правило, на современном уровне развития технологий отверстия в колонне и цементном кольце создают с помощью кумулятивных зарядов. Этот процесс и есть кумулятивная перфорация, — объясняет разработчик новой конструкции кумулятивного заряда перфоратора, студентка 6 курса специалитета факультета летательных аппаратов НГТУ НЭТИ Екатерина Гриф.

По ее словам, глобальные проблемы скважинной перфорации — малый приток полезных ископаемых, пескопроявление (засорение перфорационных каналов песком), разрушение цементных стенок скважины из-за излишнего фугасного действия. Эти проблемы решаются повышением глубины и диаметра перфорационных каналов, увеличением мощностных характеристик инструментов перфорации. Наиболее эффективным и универсальным сейчас признан кумулятивный способ перфорации.

— Основная решенная проблема — малый размер площадей сечений пробитых отверстий в трубе, цементном кольце и отверстий перфорационных каналов. Именно ее решение фигурирует как технический результат запатентованного нами изобретения, — отметила Екатерина Гриф.

Она подчеркнула, что взрывать более мощные заряды в скважине просто нельзя, так как это грозит ее полным разрушением.

— Повышение мощности кумулятивного заряда не решение проблемы. Наоборот, заряды, имеющие высокое фугасное действие, вызывают разрушение обсадной трубы и цементного кольца, что в корне нежелательно. Именно поэтому в известных конструкциях перфорационных зарядов такое малое количество взрывчатого вещества: его цель — не создать мощный взрыв, а сообщить необходимую для эффективного струеобразования энергию металлу кумулятивной облицовки, — говорит Екатерина Гриф.

В базовой технологии (кумулятивный заряд перфоратора только с конической формой облицовки) в конструкцию кумулятивного заряда перфоратора включаются облицовка с линзовым узлом, которые эффективно формируют комбинацию из кумулятивных струй, пробивающих отверстия, практически равные наружному диаметру кумулятивного заряда. Кумулятивная струя — это сформированный из металла кумулятивной облицовки высокоскоростной поток металла, который возникает после подрыва заряда и перемещается вдоль его оси.

В НГТУ НЭТИ кумулятивные заряды оборудовали комбинацией из конической и кольцевой V-образной облицованных металлом выемок: эта комбинация создаст две кумулятивные струи — центральную и кольцевую. Облицовка позволяет формировать отверстия оптимальной глубины, при этом диаметр отверстий соответствует практически диаметру самого заряда, тогда как штатные заряды позволяют формировать отверстия, в несколько раз меньшие по диаметру, чем сам заряд.

По словам Екатерины Гриф, через отверстия маленького диаметра приток полезных ископаемых в скважину слабый. Но если увеличить диаметр формируемых отверстий, то можно повысить приток нефти или газа в скважину. При работе с новой облицовкой кумулятивного заряда, согласно проведенным численным экспериментам, поперечное сечение пробитого отверстия увеличилось в 1,5 раза: при конической форме облицовки линейная величина поперечного сечения равна 1,8 см, при новой форме — 2,6 см. Площадь поперечного сечения пробитого отверстия увеличилась в 4,5 раза: при конической форме облицовки площадь равна 2,57 см2, при новой форме — 11,78 см2.

Отмечается, что реализация проекта позволит повысить эффективность добычи стратегически важного сырья, а также, при альтернативном использовании предложенных решений, повысить поражающее действие средств и боеприпасов, предназначенных для поражения бронетехники, морских целей и др.

Сейчас разработчики оптимизируют конструкции облицовки кумулятивного заряда и линзового узла.

Фото: пресс-служба НГТУ НЭТИ