Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПЕРФОРАЦИИ ОБСАЖЕННОЙ СКВАЖИНЫ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХЗВУКОВОЙ ГАЗОВОЙ СТРУЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ ПЕРФОРАЦИИ ОБСАЖЕННОЙ СКВАЖИНЫ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХЗВУКОВОЙ ГАЗОВОЙ СТРУЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ ПЕРФОРАЦИИ ОБСАЖЕННОЙ СКВАЖИНЫ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СВЕРХЗВУКОВОЙ ГАЗОВОЙ СТРУЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к нефте- и газодобывающим отраслям, в частности к способам и устройствам, обеспечивающим перфорацию высокотемпературной сверхзвуковой газовой струей при вторичном вскрытии пласта и освоении обсаженной скважины. Техническим результатом является повышение кинетической энергии и температуры газовой перфорирующей струи. Сущность изобретения: способ включает фиксацию модуля с камерой сгорания и соплом, сжигание в камере сгорания компонентов топлива с последующим разгоном продуктов сгорания в сопле до сверхзвуковой скорости, направление полученной сверхзвуковой высокотемпературной газовой струи на разрушаемую преграду и осуществление эрозионного выноса материалов преграды до образования канала гидродинамической связи продуктивного пласта со скважиной, очистку каналов. В качестве топлива применяют жидкие компоненты топлива в виде горючего и окислителя в двух баках. Перед сжиганием компоненты топлива нагревают и газифицируют энергией экзотермической реакции высокотемпературного синтеза с аккумулированием тепловой энергии компонентами топлива и парогазом. В камеру сгорания компоненты топлива подают на сжигание после набора необходимого избыточного давления парогаза в образующейся газовой подушке баков. Устройство содержит корпус, камеру сгорания, сопла разгона газового потока, систему подачи компонентов топлива, каналы подвода компонентов топлива в камеру сгорания и систему электрического розжига с питающим кабелем. Система подачи компонентов топлива установлена на корпусе модуля в виде двух баков, содержащих жидкие компоненты топлива. В одном из баков находится окислитель, а в другом - горючее. В каждом из баков установлены реакторы высокотемпературного синтеза с системами электрического розжига и питающими кабелями для нагрева компонентов топлива, их испарения, аккумулирования энергии в баках и подачи в камеру сгорания компонентов топлива под необходимым избыточным давлением. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2194847
Класс(ы) патента: E21B43/114
Номер заявки: 99105066/03
Дата подачи заявки: 10.03.1999
Дата публикации: 20.12.2002
Заявитель(и): Государственное предприятие Научно-исследовательский институт машиностроения
Автор(ы): Христенко Ю.А.; Евсеев А.В.; Лебедев И.Н.
Патентообладатель(и): Государственное предприятие Научно-исследовательский институт машиностроения
Описание изобретения: Изобретение относится к нефтегазодобывающим отраслям, в частности к способам и устройствам, обеспечивающим перфорацию при вторичном вскрытии пласта и освоении обсаженной скважины высокотемпературной сверхзвуковой газовой струей.
Известны способы термического бурения горных пород высокотемпературной газодинамической струей, непрерывно истекающей из сопла, например, см. способ М. И.Циферова А.С. SU 522759, кл. E 21 D/00, Е 21 С 37/16 [1], включающий сжигание ракетного топлива в камере сгорания модуля с последующим получением высокотемпературной сверхзвуковой газовой струи в сопле, деление газовой струи на два потока, один из которых разрушает породу за счет воздействия струи, а второй поток поддерживает модуль во взвешенном состоянии относительно стенок выработки и перемещает последний по направлению выработки с одновременным выносом породы из выработки. Недостатком известного способа при использовании его для перфорирования отверстий обсаженных скважин является:
- невысокая энергетика струи, участвующей в разрушении породы (в качестве топлива для устройства использовано твердое топливо, имеющее более низкий удельный импульс тяги по сравнению с двухкомпонентным жидким топливом);
- перфорация осуществляется только частью продуктов сгорания, выбрасываемых из сопла на эрозионное разрушение преграды;
- поскольку способ обеспечивает положение устройства, с помощью которого реализуется способ, во взвешенном состоянии, то возможно отклонение вектора реактивной тяги от заданного радиального направления перфорации скважины (направления, перпендикулярного к оси отверстия скважины), т.е. модуль уходит в сторону, что, в конечном счете, не позволит прошить сквозное отверстие в преграде, т.к. увеличивается длина канала, а энергия, запасенная в устройстве, конечна.
Наиболее близким к заявляемому является способ перфорации обсаженной скважины высокотемпературной сверхзвуковой газовой струей, включающий фиксацию модуля с камерой сгорания и соплом, воспламенение в камере сгорания топлива и последующее его сжигание с отводом продуктов сгорания через сопло на разрушаемую преграду в радиальном направлении, эрозионный вынос части материалов обсадной трубы, заколонного цементного камня, породы продуктивного пласта или минеральных отложений за цементным камнем до образования канала гидродинамической связи с продуктивным пластом (см. патент РФ 2077660, кл. Е 21 В 43/114. Способ термодинамической перфорации обсаженной скважины и устройство для его осуществления) [2] - прототип.
Недостатком известного способа является низкая кинетическая энергия, а также низкая температура выбрасываемой сверхзвуковой газовой струи.
Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении кинетической энергии и температуры газовой струи для увеличения выноса материала преграды.
Поставленная задача решается следующим образом. В сочетании с рядом последовательных действий известного способа перфорации высокотемпературной сверхзвуковой газовой струей, включающих фиксацию модуля с камерой сгорания и соплом, воспламенение в камере сгорания топлива и последующего его сжигания с отводом продуктов сгорания через сопло, в котором происходит разгон газового потока до сверхзвуковой скорости, направлении его на разрушаемую преграду в радиальном направлении, эрозионный вынос высокотемпературной сверхзвуковой газовой струей части материалов обсадной трубы, заколонного цементного камня, породы продуктивного пласта или минеральных отложений за цементным камнем до образования канала гидродинамической связи с продуктивным пластом, производится дополнительно новая совокупность действий:
- в качестве топлива применяют жидкие компоненты топлива в виде горючего и окислителя в двух баках;
- компоненты топлива перед сжиганием нагревают и газифицируют энергией экзотермической реакции высокотемпературного синтеза с аккумулированием тепловой энергии компонентами и парогазом, при этом в камеру сгорания компоненты топлива подают на сжигание после набора необходимого избыточного давления парогаза в образующейся газовой подушке баков.
Второе отличие заключается в том, что для несамовоспламеняющихся компонентов топлива газифицированные (испаренные) компоненты топлива прогревают до температуры воспламенения.
Третье отличие заключается в том, что газифицируют за счет реакции высокотемпературного синтеза только часть компонентов топлива, которая затем используется для вытеснения жидких фаз компонентов топлива в камеру сгорания.
Четвертое отличие заключается в том, что хотя бы один из компонентов топлива дополнительно вытесняют с помощью генераторного газа, получаемого при сжигании жидких компонентов топлива или твердого топлива.
На фиг. 1 показан пример схемы устройства для осуществления заявляемого изобретения как способа. Устройство в виде модуля содержит камеру сгорания 1 с соплом 2 для разгона газового потока - продуктов сгорания компонентов топлива до сверхзвуковых скоростей, реакторы высокотемпературного синтеза 3 и 4 для генерации тепловой энергии (при взаимодействии реагентов, например спрессованной смеси порошка титана и сажи, происходит экзотермическая реакция с ростом температуры до 3500-4000oС), бака окислителя 5 с верхним 6 и нижним 7 днищами, бак горючего 8 с верхним 9 и нижним 10 днищами, каналы окислителя 11 и горючего 12, которые соединены с верхними днищами баков 5 и 8 и служат для подачи газообразных компонентов топлива в камеру сгорания 1. На каналах 11 и 12 установлены электроклапаны 13 и 14. Баки 5 и 8 заправлены жидкими несамовоспламеняющимися компонентами топлива, выбор которых осуществляется по таблице 1 с учетом их физико-химических свойств [3]. Для запуска реакторов 3 и 4 установлены системы электрического розжига 15 и 16.
Модуль опущен на глубину залегания продуктивного пласта с помощью грузонесущего электрокабеля 17 по внутреннему каналу обсадной трубы 18, которую окружают с внешней стороны цементный камень 19 и порода продуктивного пласта (или минеральные отложения) 20. Для фиксации положения модуля по отношению к обсадной трубе 18 на модуле установлен электромагнитный фиксатор-центратор 21. Способ по примеру 1 осуществляют следующим образом. Вначале фиксируют положение модуля путем включения электромагнитного фиксатора-центратора 21. Затем запускают реакторы высокотемпературного синтеза (РВС) 3 и 4 путем подвода тепла Q1 и Q2 системами электрического розжига 15 и 16, например, проволочными спиралями при подаче через них тока, которые дают тепловой импульс, инициирующий химическую реакцию между титаном и углеродом (сажей) в нагретом поверхностном слое. В реакторах происходит экзотермическая реакция с самопроизвольным распространением волны безгазового горения (синтеза) через исходные реагенты (в литературе данный процесс еще называют высокотемпературным цепным плавлением или спиновым горением). Волна горения (синтез) распространяется вдоль осей реакторов, что приводит к выделению тепловых потоков и образованию из исходных реагентов карбидов. При запуске РВС 3 и 4 вначале выделяются тепловые потоки Q3 и Q5, которые передаются жидким компонентам топлива. Затем компоненты топлива в баках 5 и 8 газифицируются (испаряются), накапливаясь в верхней части баков в виде парогаза, образуя так называемую газовую подушку, а тепловые потоки Q4 и Q6, выделяемые РВС, аккумулируются газовой подушкой. При повышении температуры парогаза до температуры воспламенения компонентов топлива и набора необходимого избыточного давления в газовых подушках производят запуск камеры сгорания путем открытия электроклапанов 13 и 14. Компоненты топлива, поступая по каналам 11 и 12 в камеру сгорания 1, после смешения воспламеняются. Образующиеся продукты сгорания при сжигании топлива поступают в сопло 2, из которого сверхзвуковая газовая струя истекает на разрушаемую преграду - стенку обсадной трубы 18. При взаимодействии высокотемпературной газовой струи с материалом стенки трубы 18 происходит эрозия металла, т.е. плавление и унос материала набегающим и отраженным газовыми потоками от преграды. В процессе последовательного эрозионного выноса части материалов обсадной трубы 18, заколонного цементного камня 19, породы продуктивного пласта или минеральных отложений за цементным камнем 20 происходит образование канала гидродинамической связи с продуктивным пластом. Канал постепенно начинает расширяться и зачищаться с выносом продуктов сгорания и частиц материалов преграды в продуктивный пласт.
На фиг.2 показан второй пример схемы устройства для осуществления заявляемого изобретения как способа. Обозначения позиций соответствуют обозначениям, приведенным на фиг.1. Схема устройства на фиг.2 отличается от приведенной на фиг.1 лишь тем, что каналы 11 и 12 для подачи компонентов топлива в камеру сгорания 1 соединены с нижними днищами баков 5 и 8, в которые заправлены жидкие самовоспламеняющиеся компоненты топлива, например, топливо НДМГ+N2О4, физико-химические свойства которого приведены в таблице 1. Кроме того, для дополнительного вытеснения горючего из бака 8 установлен пороховой газогенератор 22.
Способ по примеру 2 осуществляют следующим образом. Вначале фиксируют положение модуля путем включения электромагнитного фиксатора-центратора 21 (см. фиг.2). Затем запускают реакторы высокотемпературного синтеза (РВС) 3 и 4 путем подвода тепла Q1 и Q2 системами электрического розжига 15 и 16. При запуске РВС 3 и 4 выделяются тепловые потоки Q3 и Q5, которые передаются жидким компонентам топлива. Затем компоненты топлива в баках 5 и 8 испаряются, накапливаясь в верхней части баков в виде парогаза, образуя при этом так называемую "газовую подушку", а тепловые потоки Q4 и Q6, выделяемые РВС в ходе дальнейшего синтеза, аккумулируются газовой подушкой. Одновременно с запуском РВС также запускается газогенератор 22, из которого пороховые газы поступают в газовую подушку бака горючего 8. При повышении избыточного давления в газовых подушках до необходимого значения производят запуск камеры сгорания путем открытия электроклапанов 13 и 14. Жидкие компоненты топлива, поступая по каналам 11 и 12 в камеру сгорания 1, после столкновения и перемешивания воспламеняются. Образующиеся при сжигании топлива продукты сгорания поступают в сопло 2, из которого сверхзвуковая газовая струя истекает на разрушаемую преграду - стенку обсадной трубы 18. При взаимодействии высокотемпературной газовой струи с материалом стенки трубы 18 происходит эрозия металла, т.е. плавление и унос материала набегающими и отраженными от преграды газовыми потоками. При последовательном эрозионном выносе материалов преграды, т.е. послойном выносе в радиальном направлении материалов обсадной трубы 18, заколонного цементного камня 19, породы продуктивного пласта или минеральных отложений за цементным камнем 20, происходит образование канала гидродинамической связи с продуктивным пластом. Затем канал постепенно расширяется и зачищается с выносом продуктов сгорания и частиц материалов преграды в продуктивный пласт.
Определяющими показателями для любых видов топлив, применяемых для перфорации, являются удельный импульс Is, температура горения в камере сгорания Тк или температура продуктов сгорания на выходном срезе сопла. Преимущество жидких ракетных топлив перед твердыми общеизвестно, см. таблицу 2 [4, 5].
Применение жидких компонентов топлива с использованием высокотемпературного синтеза позволит повысить эффективность способа перфорации обсаженной скважины за счет повышения кинетической энергии и температуры сверхзвуковой газовой струи, направляемой на прошивание преграды для сообщения внутренней полости обсадной трубы с продуктивным пластом.
Сравнительные энергетические характеристики для жидких и твердых топлив при отношении давления в камере к давлению на выходном срезе сопла Рксо=70 приведены в таблице 2.
Устройство для осуществления способа представляет собой перфоратор, генерирующий высокотемпературную сверхзвуковую газовую струю.
Изобретение относится к нефте- и газодобывающим отраслям и предназначено для создания гидродинамических каналов сообщения внутренней полости обсадной трубы с продуктивным пластом при вторичном вскрытии пласта и освоении обсаженной скважины.
Известны устройства перфорации скважины с использованием высокотемпературной сверхзвуковой газовой струи, например, см. устройство термодинамической перфорации обсаженной скважины (патент РФ 2077660, кл. Е 21 В 43/114) [1]. Известное устройство представляет собой модуль, включающий в себя:
- фиксатор-центратор (прижим в виде цилиндра с дифференциальным поршнем);
- корпус;
- камеру сгорания с помещенным внутри зарядом твердого топлива;
- сопловой блок;
- добавки к твердому топливу - абразив для эрозионного выноса и пористый фильтрующий материал.
Недостатком известного устройства является низкая кинетическая энергия получаемой газовой струи, а также низкая температура последней, что связано со свойствами твердого топлива, см. таблицу 2. Введение же абразивных добавок в топливо и пористого материала для покрытия канала снижает температуру газовой струи, что, в конечном счете, снижает эффективность эрозионного выноса материала преграды.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство термического расширения скважин (А.С. SU 1002497, кл. Е 21 В 7/14) [6] - прототип, включающее в себя:
- корпус;
- камеру сгорания;
- радиально расположенные сопла разгона газового потока;
- системы подачи компонентов топлива - воздуха и углеводородного горючего;
- каналы подвода компонентов топлива;
- систему электрического розжига с кабелем электропитания (питающим кабелем).
Недостатком данного устройства является протяженность каналов подвода компонентов топлива к камере сгорания и, как следствие, большие затраты времени на опускание устройства на уровень продуктивного пласта из-за необходимости стыковки этих трубопроводов. Кроме того, эффективность применяемых компонентов топлива в известном устройстве низка. Использование же других компонентов топлива повышает эксплуатационные затраты и снижает безопасность.
Задача, решаемая изобретением, заключается в сокращении эксплуатационных затрат, ускорении вторичного вскрытия продуктивного пласта и освоения скважины.
Поставленная задача решается тем, что в сочетании с известными признаками в устройство, включающее корпус, камеру сгорания, сопла разгона газового потока, системы подачи компонентов топлива, каналы подвода компонентов топлива в камеру сгорания, систему электрического розжига с питающим кабелем, вводится новая совокупность признаков:
- система подачи компонентов топлива установлена на корпусе модуля в виде двух баков, в одном из которых находится окислитель, а в другом - горючее;
- в каждом из баков установлены реакторы высокотемпературного синтеза с системами электрического розжига и питающими кабелями для нагрева компонентов топлива, их испарения, аккумулирования энергии в баках и подачи в камеру сгорания топлива под необходимым избыточным давлением.
Второе отличие заключается в том, что компоненты топлива в баках ампулизированы. Ампулизация позволяет обеспечивать длительное и безопасное хранение агрессивных и токсичных компонентов топлива.
Третье отличие заключается в том, что каналы подвода компонентов топлива в камеру сгорания сообщены с верхними днищами баков или расположены таким образом, что обеспечивают отбор компонента из газовой подушки бака.
Четвертое отличие заключается в том, что каналы подвода компонентов топлива в камеру сгорания сообщены с нижними днищами баков или размещены таким образом, что обеспечивают отбор компонента из донной части бака.
Пятое отличие заключается в том, что на соплах герметично установлены разрушаемые заглушки. Установление на соплах герметичных заглушек обеспечивает защиту камеры сгорания от проникновения грязи и забивки каналов истечения компонентов в камеру, что повышает надежность срабатывания устройства. Конструкция заглушки должна обеспечить разрушение последней при взаимодействии с высокотемпературной газовой струей, истекающей из сопла.
Шестое отличие заключается в том, что питающие кабели систем электрического розжига введены в баки через каналы подвода компонентов топлива, камеру сгорания и заглушки. Такое расположение питающих кабелей позволяет упростить конструкцию баков, так как не требуется устанавливать высокотемпературные гермопереходники для вывода питающих кабелей через стенку баков, что повышает безопасность применения устройства для перфорации.
Седьмое отличие заключается в том, что стенки камеры сгорания и сопла имеют теплозащитное покрытие. Наличие теплозащитного покрытия защищает стенки камеры сгорания и сопла от прогара.
Восьмое отличие заключается в том, что в баках перед каналами подвода компонентов установлены решетки с сетками. Пакет решеток с сетками защищает топливные каналы от засорения.
Девятое отличие заключается в том, что один из каналов подвода компонента соединен с верхним днищем бака первого компонента, а другой канал подвода второго компонента соединен с нижним днищем бака второго компонента. Такое соединение каналов подачи компонентов топлива обеспечивает работу камеры сгорания по схеме "газ-жидкость".
Десятое отличие заключается в том, что в газовой подушке хотя бы одного из баков установлена пороховая шашка для дополнительного наддува бака.
На фиг.3 приведен пример заявляемого устройства для осуществления перфорации обсаженной скважины высокотемпературной сверхзвуковой газовой струей, включающего корпус 32, камеру сгорания 1, два сопла 2, керамическую тепловую защиту 41, две заглушки 40 с уплотнениями 36, каналы подвода горючего 12 и окислителя 11, обеспечивающие отбор компонентов топлива из газовой подушки, бак горючего 8 с днищами верхним 9 и нижним 10, бак окислителя 5 с днищами верхним 6 и нижним 7. В баках горючего 8 и окислителя 5, заправленных несамовоспламеняющимися компонентами топлива, установлены реакторы высокотемпературного синтеза (РВС), состоящие из термостойких оболочек 42 и 38, во внутренних полостях которых расположены кольцевые шашки 43 и 39, представляющие собой спрессованные твердые реагенты, обеспечивающие реакцию высокотемпературного синтеза. В верхней части шашек 43 и 39 установлены системы электрического розжига 15 и 16 с питающими кабелями (кабелями электропитания) 37 и 44. Питающие кабели введены в баки 8 и 5 через заглушку 40, каналы подвода компонентов 12 и 11 и подключены непосредственно к системам электрического розжига 15 и 16. Компоненты топлива ампулизированы и находятся в герметичных эластичных оболочках 23 и 24, выполненных из полимерной пленки. Для придания жесткости конструкции устройства нижнее днище 10 бака горючего соединено с верхним днищем 6 бака окислителя проставкой 25. Из верхних днищ баков выведены патрубки заправки 26 и 27 со штуцерами 28 и 29. Для защиты баков от разрушения избыточным давлением на верхних днищах баков 9 и 6 установлены предохранительные клапаны 30 и 31. На верхней части корпуса 32 установлен электромагнитный фиксатор-центратор 21 с рымболтом 33. С рымболтом 33 связан грузонесущий электрокабель 17. На наружную поверхность баков нанесена тепловая изоляция 35. Устройство для осуществления перфорации обсаженной скважины высокотемпературной сверхзвуковой газовой струей в модульном исполнении погружается в обсаженную скважину на глубину залегания продуктивного пласта с помощью грузонесущего электрокабеля 17. Преграда, которую перфорирует устройство, включает в себя материалы обсадной трубы 8, цементного камня 19 и породу продуктивного пласта или минеральные отложения 20.
На фиг.4 приведен пример второго конструктивного исполнения заявляемого устройства для осуществления перфорации обсаженной скважины высокотемпературной сверхзвуковой газовой струей в модульном исполнении, включающего корпус 32, камеру сгорания 1, сопло 2, керамическую тепловую защиту 41, центробежную форсунку 45, герметичную разрушаемую заглушку 40 с уплотнением 36, каналы подвода горючего 12 и окислителя 11, бак горючего 8 с днищами верхним 9 и нижним 10, бак окислителя 5 с днищами верхним 6 и нижним 7. Каналы 12 и 11 оснащены электроклапанами 14 и 13, которые обеспечивают включение подачи компонентов топлива из баков горючего и окислителя непосредственно через нижние днища. В баках горючего 8 и окислителя 5, заправленных самовоспламеняющимися компонентами топлива, установлены реакторы высокотемпературного синтеза (РВС), состоящие из термостойких оболочек 42 и 38, во внутренних полостях которых размещены кольцевые шашки 43 и 39, представляющие собой спрессованные твердые реагенты, обеспечивающие реакцию высокотемпературного синтеза. В верхней части шашек 43 и 39 установлены системы электрического розжига 16 и 15 с питающими кабелями 37 и 44. Питающие кабели введены в баки 8 и 5 через гермопереходники 46 и 47 и подключены непосредственно к системам электрического розжига 16 и 15. Для придания жесткости конструкции устройства верхнее днище 9 бака горючего соединено с нижним днищем 7 бака окислителя проставкой 25. Из верхних днищ баков выведены патрубки заправки 26 и 27 со штуцерами 28 и 29. Для защиты баков от разрушения избыточным давлением на верхних днищах баков 9 и 6 установлены предохранительные клапаны 31 и 30. На верхнем днище 6 бака 5 установлен электромагнитный фиксатор-центратор 21 с рымболтом 33. С рымболтом 33 связан грузонесущий электрокабель 17. На корпусе 32 установлен второй фиксатор-центратор 21. На наружную поверхность баков нанесена тепловая изоляция 35. Для интенсификации и надежности запуска РВС, а также обеспечения дополнительного наддува баков в верхней части РВС установлены твердотопливные кольца 48 и 49. Устройство для осуществления перфорации обсаженной скважины высокотемпературной сверхзвуковой газовой струей в модульном исполнении погружается в обсаженную скважину на глубину залегания продуктивного пласта с помощью грузонесущего электрокабеля 17. Преграда, которую перфорирует устройство, включает в себя материалы обсадной трубы 18, цементного камня 19 и породы продуктивного пласта или минеральные отложения 20.
На фиг. 5 показан пример заявляемого устройства с использованием пакета сеток 51 и решеток 52, 53, которые установлены в баке 5. Решетка 52 служит для прорыва эластичной оболочки-мешка за счет продавливания и срезания на входных кромках отверстий. Решетка 53 служит опорой для пакета сеток 51. В бак через штуцер 29 заправлен компонент топлива в герметичную эластичную оболочку-мешок 24. Внутри бака 5 также установлен реактор высокотемпературного синтеза (РВС) 3, в верхней части которого расположена система электрического розжига 16. К системе электрического розжига 16 через герморазъем 47 подведен питающий кабель. На баке установлены канал отвода компонента 11 и предохранительный клапан 30.
Устройство, приведенное на фиг.3, работает следующим образом. Включают электромагнитный фиксатор-центратор 21, который фиксирует положение устройства относительно обсадной трубы 18. Затем запускают РВС в баках горючего и окислителя подачей электропитания на системы электрического розжига 15 и 16. Оба РВС генерируют тепловую энергию при химическом взаимодействии реагентов, т. е. происходит выделение тепловых потоков с ростом температуры до 3500-4000oС, которые через оболочки 42 и 38 передаются компонентам топлива. Когда температура компонентов топлива достигает точки кипения, они начинают кипеть, а затем переходят в парогаз, который продолжает прогреваться до температуры воспламенения компонентов, создавая при этом избыточное давление внутри полимерных оболочек 23 и 24. Под действием избыточного давления и температуры оболочки 23 и 24 разрываются, а газообразные компоненты топлива по каналам 11 и 12 вытесняются в камеру сгорания 1, где происходит их смешение и воспламенение. Вначале под действием нарастания давления пуска в камере сгорания происходят сброс и разрушение заглушек 40. Образующиеся высокотемпературные газообразные продукты сгорания от сжигания топлива разгоняются до сверхзвуковой скорости в соплах 2 и выбрасываются с разрушенными заглушками на преграду, которая прошивается за счет эрозии материалов и, таким образом, происходит образование каналов, соединяющих внутреннюю полость обсадной трубы 18 с продуктивным пластом. Тепловая защита 41 защищает камеру сгорания 1 и сопла 2 от прогара. До наступления полного прошивания преграды высокотемпературные сверхзвуковые газовые струи отражаются от преграды и выбрасываются в полость обсадной трубы вместе с частицами материала преграды. После прошивания преграды каналы (каверны) расширяются, зачищаются, при этом выброс газовых струй с частицами уносимого материала преграды осуществляется в продуктовый пласт.
Устройство на фиг. 4 работает следующим образом. Вначале включают электромагнитный фиксатор-центратор 21, который фиксирует положение устройства относительно обсадной трубы 18. Затем запускают РВС в баках горючего 8 и окислителя 5 подачей электропитания на зажигающие устройства 16 и 15. РВС генерирует тепловую энергию, т.е. в процессе химической реакции синтеза происходит выделение тепловых потоков с ростом температуры до 3500-4000oС, которые через оболочки 42 и 38 передаются компонентам топлива. Компоненты топлива прогреваются, затем часть из них переходит в парогаз, который накапливается в газовой подушке и продолжает нагреваться от РВС, создавая при этом внутри баков избыточное давление, необходимое для вытеснения компонентов топлива. Одновременно с запуском РВС от твердотопливных колец 48 и 49 выделяются пороховые газы, которые дополнительно создают в газовых подушках избыточное давление. При наборе в газовых подушках баков давления, соответствующего значению давления запуска, по команде системы управления открываются электроклапаны 14 и 13 и компоненты топлива под действием избыточного давления в баках по каналам 12 и 11 через центробежную форсунку 45 распыляются в камере сгорания 1, где происходит их смешение и воспламенение. Вначале под действием нарастания давления пуска в камере сгорания происходят сброс и разрушение заглушки 40. Образующиеся высокотемпературные газообразные продукты сгорания от сжигания топлива разгоняются до сверхзвуковой скорости в сопле 2 и выбрасываются с разрушаемой заглушкой на преграду, которая прошивается за счет эрозии материалов и, таким образом, происходит образование канала, соединяющего внутреннюю полость обсадной трубы с продуктивным пластом. Тепловая защита 41 защищает камеру сгорания 1 и сопло 2 от прогара. До наступления полного прошивания преграды высокотемпературная сверхзвуковая газовая струя отражается от преграды и выбрасывается в полость обсадной трубы вместе с частицами материала преграды. После прошивания преграды канал (каверна) расширяется, зачищается, при этом выброс газовой струи с частицами уносимого материала преграды осуществляется в продуктивный пласт.
Устройство, приведенное на фиг.5, работает аналогично устройству, приведенному на фиг.3. Отличие заключается в том, что при достижении давления в герметичной оболочке-мешке 24 за счет тепла, выделяемого РВС, происходит разрыв оболочки на решетке 52, а оторвавшиеся кусочки пленки от мешка 24 попадают на пакет сеток 51. Таким образом, установкой пакета сеток 51 с решетками 52, 53 достигается защита каналов отвода компонента от засорения.
Использованные источники
1. Циферов М. И. Способ М.И. Циферова образования выработок в земной поверхности. А.С. СССР 522759, МКИ E 21 D/00, Е 21 С 37/16, Бюл. 9, 1977.
2. Волдаев А.Н. Способ термодинамической перфорации обсаженной скважины и устройство для его осуществления. Патент РФ 2077660, МКИ Е 21 В 43/114, Бюл. 11, 1997.
3. Алемасов В. Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. и др. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. - М.: ВИНИТИ, т. 2-1972, т. 4-1973, т. 5-1973, т. 6-1973.
4. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П. Теория ракетных двигателей. - М.: Машиностроение, 1980, 534 с.
5. Милькумов Т. М. , Мелик-Пашаев Н.И., Чистяков П.Г., Шиуков А.Г. Ракетные двигатели. - М.: Машиностроение, 1976, 399 с.
6. Шнапир Я. И. Устройство для совмещенного механического бурения и термического расширения скважин. А.С. СССР 1002497, МКИ Е 21 В 7/14, Бюл. 9, 1983.
Формула изобретения: 1. Способ перфорации обсаженной скважины высокотемпературной сверхзвуковой газовой струей, включающий фиксацию модуля с камерой сгорания и соплом, сжигание в камере сгорания компонентов топлива с последующим разгоном продуктов сгорания в сопле до сверхзвуковой скорости, направление полученной сверхзвуковой высокотемпературной газовой струи на разрушаемую преграду и осуществление эрозионного выноса материалов преграды до образования канала гидродинамической связи продуктивного пласта со скважиной, очистку каналов, отличающийся тем, что в качестве топлива применяют жидкие компоненты топлива в виде горючего и окислителя в двух баках, а перед сжиганием компоненты топлива нагревают и газифицируют энергией экзотермической реакции высокотемпературного синтеза с аккумулированием тепловой энергии компонентами топлива и парогазом, при этом в камеру сгорания компоненты топлива подают на сжигание после набора необходимого избыточного давления парогаза в образующейся газовой подушке баков.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что испаренные компоненты топлива прогревают до температуры воспламенения.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что испаряют часть компонентов жидкого топлива, после чего газовой фазой вытесняют жидкие компоненты в камеру сгорания.
4. Способ по п. 1 или 3, отличающийся тем, что хотя бы один из компонентов топлива дополнительно вытесняют генераторным газом, получаемым при сжигании жидких компонентов топлива или твердого топлива.
5. Устройство для перфорации обсаженной скважины высокотемпературной сверхзвуковой газовой струей, содержащее корпус, камеру сгорания, сопла разгона газового потока, систему подачи компонентов топлива, каналы подвода компонентов топлива в камеру сгорания, систему электрического розжига с питающим кабелем, отличающееся тем, что система подачи компонентов топлива установлена на корпусе модуля в виде двух баков, содержащих жидкие компоненты топлива, при этом в одном из баков находится окислитель, а в другом - горючее, и в каждом из баков установлены реакторы высокотемпературного синтеза с системами электрического розжига и питающими кабелями для нагрева компонентов топлива, их испарения, аккумулирования энергии в баках и подачи в камеру сгорания компонентов топлива под необходимым избыточным давлением.
6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что компоненты топлива в баках ампулизированы.
7. Устройство по п. 5 или 6, отличающееся тем, что каналы подвода компонентов топлива в камеру сгорания сообщены с верхними днищами баков или расположены с возможностью обеспечения отбора компонентов из газовой подушки бака.
8. Устройство по п. 5 или 6, отличающееся тем, что каналы подвода компонентов топлива в камеру сгорания сообщены с нижними днищами баков или расположены с возможностью обеспечения отбора компонентов из донной части бака.
9. Устройство по одному из пп. 5-8, отличающееся тем, что на соплах установлены герметичные разрушаемые заглушки.
10. Устройство по одному из пп. 5-9, отличающееся тем, что питающие кабели систем электрического розжига введены в баки через каналы подвода компонентов топлива, камеру сгорания и заглушки.
11. Устройство по одному из пп. 5-10, отличающееся тем, что стенки камеры сгорания и сопла имеют теплозащитное покрытие.
12. Устройство по одному из пп. 5-11, отличающееся тем, что в баках перед каналами подвода компонентов топлива установлены решетки с сетками.
13. Устройство по одному из пп. 5-12, отличающееся тем, что один из каналов подвода первого компонента топлива соединен с верхним днищем бака первого компонента, а другой канал подвода второго компонента соединен с нижним днищем бака второго компонента.
14. Устройство по одному из пп. 5-13, отличающееся тем, что в газовой подушке хотя бы одного из баков установлена пороховая шашка для дополнительного наддува бака.