RU214910U1 - PIPE CUTTER CUMULATIVE - Google Patents

Abstract

Труборез кумулятивный относится к прострелочно-взрывной аппаратуре для проведения аварийно-восстановительных работ в нефтяных и газовых скважинах и предназначен для перерезания насосно-компрессорных, бурильных и обсадных труб с сохранением целостности эксплуатационной колонны. Техническим результатом заявленной полезной модели является обеспечение минимального количества осколков корпуса трубореза кумулятивного в процессе его извлечения из скважины после подрыва. Заявленный технический результат достигается за счёт того, что кумулятивный труборез содержит средство инициирования, цилиндрический корпус с осевым каналом, заполненным зарядом взрывчатого вещества, зарядом с кумулятивной выемкой, облицованной металлом, тонкостенной крышкой, герметизирующей внутреннюю полость трубореза и имеющей утонение на поверхности, при этом на теле корпуса имеется кольцевая канавка-концентратор, образующая воздушную полость и располагающаяся напротив утонённой части крышки трубореза. Корпус и крышка трубореза соединены срезными винтами. Наличие воздушной полости, образованной кольцевой канавкой-концентратором, располагающимся напротив утонения внешней части корпуса, обеспечивает гарантированное разрушение крышки после срабатывания трубореза по утонению, без образования крупных заусенцев, препятствующих свободному извлечению. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

The cumulative pipe cutter belongs to perforating-explosive equipment for carrying out emergency recovery work in oil and gas wells and is designed to cut tubing, drilling and casing pipes while maintaining the integrity of the production string. The technical result of the claimed utility model is to ensure the minimum number of fragments of the body of the cumulative pipe cutter in the process of its extraction from the well after detonation. The claimed technical result is achieved due to the fact that the cumulative pipe cutter contains a means of initiation, a cylindrical body with an axial channel filled with an explosive charge, a charge with a cumulative recess lined with metal, a thin-walled cover that seals the internal cavity of the pipe cutter and has a thinning on the surface, while on on the body of the body there is an annular groove-hub forming an air cavity and located opposite the thinned part of the pipe cutter cover. The body and cover of the pipe cutter are connected by shear screws. The presence of an air cavity formed by an annular groove-concentrator, located opposite the thinning of the outer part of the body, ensures guaranteed destruction of the cover after the pipe cutter is triggered by thinning, without the formation of large burrs that prevent free extraction. 2 n.p. f-ly, 2 ill.

Description

Труборез кумулятивный относится к прострелочно-взрывной аппаратуре для проведения аварийно-восстановительных работ в нефтяных и газовых скважинах и предназначен для перерезания насосно-компрессорных, бурильных и обсадных труб с сохранением целостности эксплуатационной колонны.The cumulative pipe cutter belongs to perforating-explosive equipment for carrying out emergency recovery work in oil and gas wells and is designed to cut tubing, drilling and casing pipes while maintaining the integrity of the production string.

В настоящее время основными техническими требованиями к кумулятивным труборезам являются:Currently, the main technical requirements for cumulative pipe cutters are:

полный, качественный рез трубы по всей окружности full, high-quality cut of the pipe around the entire circumference

свободный подъем на поверхность остатков кумулятивного трубореза после отстрела free rise to the surface of the remains of a cumulative pipe cutter after shooting

минимизация объема остатков трубореза в скважине после извлечения его остатковminimization of the volume of pipe cutter residues in the well after extraction of its residues

Высокоточное оборудование, а также современные технологии прессования и механической обработки позволяют обеспечить гарантированное выполнение первого пункта технических требований - полный качественный рез трубы по всей окружности, однако выполнение второго и третьего требований должно обеспечиваться конструктивно.High-precision equipment, as well as modern pressing and machining technologies make it possible to ensure the guaranteed fulfillment of the first point of technical requirements - a complete high-quality cut of the pipe along the entire circumference, however, the fulfillment of the second and third requirements must be ensured constructively.

Известен труборез RU 185026 U1 от 30.07.2018, класс МПК E21B 29/02, содержащий корпус в виде стакана, в котором установлен шток, в основании стакана жестко закреплен кумулятивный заряд и капсюль детонатор. На кумулятивном заряде установлена втулка из фторопласта. В штоке выполнено отверстие, в верхней части которого установлены контактирующие между собой первый элемент приема детонации, элемент передачи детонации и пластина таким образом, что первый элемент для приема детонации контактирует с капсюлем-детонатором, а пластина в сработанном состоянии взаимодействует со вторым элементом для приема детонации. Known pipe cutter RU 185026 U1 dated 07/30/2018, class IPC E21B 29/02, containing a housing in the form of a glass in which a rod is installed, a shaped charge and a detonator cap are rigidly fixed at the base of the glass. A fluoroplast bushing is installed on the shaped charge. A hole is made in the rod, in the upper part of which the first detonation receiving element, the detonation transmission element and the plate are installed in contact with each other in such a way that the first element for receiving detonation is in contact with the detonator cap, and the plate in the actuated state interacts with the second element for receiving detonation .

Недостатком данного устройства является вероятность прихвата скрепленной со средством спуска частью трубореза в связи с тем, что корпус в виде стакана в месте реза зачастую может образовывать выступающие заусенцы, которые, зачастую, будут затруднять извлечение трубореза из скважины.The disadvantage of this device is the possibility of sticking of the part of the pipe cutter fastened with the descent tool due to the fact that the body in the form of a glass at the cut point can often form protruding burrs, which will often make it difficult to remove the pipe cutter from the well.

Известно устройство RU 2249680 С1 от 26.03.2004, класс МПК E21B 43/116, E21B 43/263, E21B 29/02, включающее в себя сборный корпус, по меньшей мере, из двух частей. Они зафиксированы друг относительно друга, имеют совмещенный между собой осевой канал и образуют между собой герметичную кольцевую полость. В ней размещен кольцевой кумулятивный заряд с прессованным взрывчатым веществом в металлической оболочке в виде тора, имеющей наружную кольцевую выемку. Против нее корпус выполнен с уменьшенной по толщине наружной стенкой. При этом корпус имеет один, по меньшей мере, внутренний радиальный канал, связывающий кольцевую полость с осевым каналом. В этом осевом канале размещено средство для инициирования кольцевого кумулятивного заряда через радиальный канал. Части корпуса сопряжены торцами вплотную друг к другу и выполнены с возможностью исключения напряжений от осевых нагрузок в зоне уменьшенной по толщине наружной стенки в условиях скважины.Known device RU 2249680 C1 dated March 26, 2004, IPC class E21B 43/116, E21B 43/263, E21B 29/02, which includes a prefabricated housing, at least two parts. They are fixed relative to each other, have an axial channel aligned with each other and form a sealed annular cavity between them. It contains an annular shaped charge with a pressed explosive in a metal shell in the form of a torus, having an outer annular recess. Against it, the body is made with an outer wall reduced in thickness. In this case, the housing has at least one inner radial channel connecting the annular cavity with the axial channel. This axial channel houses a means for initiating an annular shaped charge through a radial channel. Parts of the housing are joined end-to-end close to each other and are made with the possibility of eliminating stresses from axial loads in the area of the outer wall reduced in thickness in well conditions.

Недостатком данного трубореза является значительный объем остающейся части трубореза в скважине, что негативно скажется на трудоемкости проведения последующих ловильных работ по извлечению оставшейся части трубы.The disadvantage of this pipe cutter is a significant amount of the remaining part of the pipe cutter in the well, which will adversely affect the complexity of subsequent fishing operations to extract the remaining part of the pipe.

Наиболее близким по своей технической сущности является кумулятивный труборез RU 77337 U1 от 06.05.2008 г., класс МПК E21B 29/02, содержащий средство инициирования, корпус с осевым цилиндрическим каналом, заполненным взрывчатым веществом и зарядом взрывчатого вещества с кольцевой кумулятивной выемкой, облицованной металлом, отличающийся тем, что корпус выполнен герметичным и снабжен устройством приема-передачи детонации, а осевой канал заполнен взрывчатым веществом в виде цилиндрических шашек переменной плотности, увеличивающейся от устройства приема-передачи детонации к заряду с кольцевой выемкой, при этом средство инициирования также выполнено герметичным.The closest in its technical essence is a cumulative pipe cutter RU 77337 U1 dated 05/06/2008, class IPC E21B 29/02, containing an initiator, a body with an axial cylindrical channel filled with explosive and an explosive charge with an annular cumulative recess lined with metal , characterized in that the body is sealed and equipped with a device for receiving and transmitting detonation, and the axial channel is filled with explosive in the form of cylindrical checkers of variable density, increasing from the device for receiving and transmitting detonation to a charge with an annular recess, while the initiation means is also made sealed.

Недостатком данного трубореза является вероятность возникновения проблем в процессе извлечения остатков данного трубореза после его отстрела несмотря на то, что на корпусе выполнено утонение выше линии реза, его расположение не может гарантировать ровный обрыв без выступающих лепестков.The disadvantage of this pipe cutter is the possibility of problems in the process of extracting the remains of this pipe cutter after its shooting, despite the fact that the body is thinned above the cut line, its location cannot guarantee a smooth break without protruding petals.

Задачей предлагаемого технического решения является создание кумулятивного трубореза, который после подрыва и в процессе его извлечения из скважины обеспечивает минимальное засорение скважины осколками. The objective of the proposed technical solution is to create a cumulative pipe cutter, which, after detonation and in the process of its extraction from the well, ensures minimal clogging of the well with fragments.

Техническим результатом заявленной полезной модели является обеспечение минимального количества осколков корпуса трубореза кумулятивного в процессе его извлечения из скважины после подрыва.The technical result of the claimed utility model is to ensure the minimum number of fragments of the body of the cumulative pipe cutter in the process of its extraction from the well after detonation.

Заявленный технический результат достигается за счёт того что кумулятивный труборез, содержащий средство инициирования, цилиндрический корпус с осевым каналом, заполненным зарядом взрывчатого вещества, зарядом с кумулятивной выемкой, облицованной металлом, тонкостенной крышкой, герметизирующей внутреннюю полость трубореза и имеющей утонение на поверхности, при этом на теле корпуса имеется кольцевая канавка-концентратор, образующая воздушную полость и располагающаяся напротив утонённой части крышки трубореза. Корпус и крышка трубореза соединены срезными винтами. Наличие воздушной полости, образованной кольцевой канавкой-концентратором, располагающимся напротив утонения внешней части корпуса, обеспечивает гарантированное разрушение крышки после срабатывания трубореза по утонению, без образования крупных заусенцев, препятствующим свободному извлечению.The claimed technical result is achieved due to the fact that a cumulative pipe cutter containing a means of initiation, a cylindrical body with an axial channel filled with an explosive charge, a charge with a cumulative recess lined with metal, a thin-walled cover that seals the internal cavity of the pipe cutter and has a thinning on the surface, while on on the body of the body there is an annular groove-hub forming an air cavity and located opposite the thinned part of the pipe cutter cover. The body and cover of the pipe cutter are connected by shear screws. The presence of an air cavity formed by an annular groove-hub, located opposite the thinning of the outer part of the body, ensures guaranteed destruction of the cover after the pipe cutter is triggered by thinning, without the formation of large burrs that prevent free extraction.

Суть технического решения поясняются чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез трубореза, крышка 1, корпус 2, кольцевой кумулятивный заряд 3, промежуточный заряд 4, срезной винт 5, уплотнительное кольцо 6, канавка-концентратор 7, утонение 8, перегородка 9, герметичный электродетонатор 10, перегородка 11, конусообразный диск 12, резьбовая часть 13, тонкостенная нижняя часть 14. На фиг. 2 а, б и в изображены варианты геометрии утонения стенки крышки трубореза.The essence of the technical solution is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows a longitudinal section of a pipe cutter, cover 1, body 2, annular shaped charge 3, intermediate charge 4, shear screw 5, sealing ring 6, hub groove 7, thinning 8, baffle 9, sealed electric detonator 10, baffle 11, cone-shaped disk 12 , threaded part 13, thin-walled lower part 14. In FIG. 2 a, b and c show variants of the geometry of thinning the wall of the pipe cutter cover.

Труборез кумулятивный выполнен следующим образом. Корпус 2 кумулятивного трубореза представляется собой цилиндрическое, выполненное из стали тело, имеющее на одном конце посадочное место под установку герметичного электродетонатора 10 типа ТОР-200WR или взрывного патрона типа ПГН-150, а также имеющее резьбовую часть 13 для соединения с переходником или грузом и далее, с геофизическим кабелем. Корпус 2 имеет цилиндрическую канавку, в которую устанавливают уплотнительное кольцо 6. Посадочное место под установку электродетонатора 10 отделено от заряда промежуточного 4 стенкой 11 с утонением 8, обеспечивающей герметичность внутренней полости корпуса 2 и крышки 1 в сборе. Корпус 2 соединен с крышкой 1 с помощью срезных винтов 5, выполненных из мягкого цветного металла - медь, латунь или алюминий определенных марок с пределом прочности в диапазоне от 300 до 520 МПа и диаметром от 4 до 6 мм. Выбор механических характеристик материала срезных винтов и их диаметр подобран исходя из оптимального усилия среза, не превышающего величину разрыва геофизического кабеля, на котором кумулятивный труборез спускается в скважину. На дне крышки установлен конусообразный диск 12, обеспечивающий упор кумулятивного заряда 3 в промежуточный заряд 4 и формирующий геометрические параметры навески взрывчатого вещества заряда. Центральный канал корпуса 2 с обратной стороны перегородки 11 заполнены взрывчатым веществом заряда промежуточного 4. Поверхность нижней части корпуса 2 плотно примыкает к навеске взрывчатого вещества верхней части заряда кумулятивного 3. На образующей поверхности крышки 1 имеется утонение 8. Глубина данного утонения 8 составляет величину, обеспечивающую надежную стойкость к внешнему гидростатическому давлению в скважине, при этом форму утонения 8 выбирают также исходя из скважинных условий и типоразмера трубореза. Различные варианты формы утонений 8 представлены на рисунках (а, б, в) фиг. 2. Напротив утонения 8 крышки 1 с поверхности корпуса 2 выполнена радиально углубленная проточка в виде канавки-концентратора 7, образующая кольцевую воздушную полость и перегородку 9 между углубленным концом проточки и промежуточным зарядом 4. Ширину канавки-концентратора 7 выбирают исходя из сочетания требований стойкости к гидростатическому давлению в сочетании с глубиной и шириной утонения 8, а глубину канавки-концентратора 7 подбирают таким образом, чтобы давление, образующееся при срабатывании заряда кумулятивного 3 трубореза, создало усилие, достаточное для разрушения перегородки 9 между углубленным концом проточки и промежуточным зарядом 4.The cumulative pipe cutter is made as follows. The body 2 of the cumulative pipe cutter is a cylindrical body made of steel, having at one end a seat for installing a sealed electric detonator 10 of the TOR-200WR type or an explosive cartridge of the PGN-150 type, and also having a threaded part 13 for connection with an adapter or load and further , with geophysical cable. The housing 2 has a cylindrical groove into which the sealing ring 6 is installed. The body 2 is connected to the cover 1 by means of shear screws 5 made of soft non-ferrous metal - copper, brass or aluminum of certain grades with a tensile strength in the range from 300 to 520 MPa and a diameter of 4 to 6 mm. The choice of mechanical characteristics of the material of shear screws and their diameter is selected based on the optimal shear force, not exceeding the rupture of the geophysical cable, on which the cumulative pipe cutter is lowered into the well. A cone-shaped disk 12 is installed at the bottom of the lid, which ensures the support of the shaped charge 3 in the intermediate charge 4 and forms the geometric parameters of the explosive charge. The central channel of the housing 2 on the reverse side of the partition 11 is filled with an explosive of the intermediate charge 4. The surface of the lower part of the housing 2 is tightly adjacent to the sample of the explosive of the upper part of the cumulative charge 3. There is a thinning 8 on the generatrix of the cover 1. The depth of this thinning 8 is a value that provides reliable resistance to external hydrostatic pressure in the well, while the form of thinning 8 is also chosen based on the downhole conditions and the size of the pipe cutter. Various forms of thinnings 8 are shown in figures (a, b, c) of Fig. 2. Opposite the thinning 8 of the cover 1, a radially recessed groove in the form of a hub groove 7 is made from the surface of the body 2, forming an annular air cavity and a partition 9 between the recessed end of the groove and the intermediate charge 4. The width of the hub groove 7 is selected based on a combination of requirements for resistance to hydrostatic pressure in combination with the depth and width of thinning 8, and the depth of the groove-concentrator 7 is selected in such a way that the pressure formed when the charge of the cumulative 3 pipe cutter is triggered creates a force sufficient to destroy the partition 9 between the recessed end of the groove and the intermediate charge 4.

Труборез кумулятивный работает следующим образом. После доставки трубореза кумулятивного на глубину перерезания трубы осуществляется точное позиционирование трубореза, далее с взрывного прибора осуществляется подача импульса на взрывной патрон. Продукты детонации от срабатывания электродетонатора 10 пробивают стенку 11 корпуса 2 и процесс детонации возбуждается в заряде промежуточном 4 и передается на кольцевой кумулятивный заряд 3. В процессе срабатывания кумулятивный заряд 3 пробивает стенку крышки 1 по всей окружности, а также стенку перерезаемой насосно-компрессорной трубы. После пробития трубы кумулятивный диск рассеивается. В момент срабатывания кумулятивного заряда 3 трубореза помимо формирования кумулятивного диска внутри трубореза образуется избыточное давление, которое формирует фугасный эффект, который приводит к схлопыванию воздушной полости 7 и создания избыточного давления, приводящего к разрушению утонения 8 крышки 1 трубореза. В результате разрушения крышки 1 трубореза в месте расположения утонения 8, деформированная тонкостенная нижняя часть 14 крышки остается в скважине, а основную массивную часть трубореза без каких-либо затруднений извлекают на поверхность. В качестве дополнительной защиты от возникновения прихватов трубореза в скважине после срабатывания, соединение корпуса 2 трубореза с крышкой 1 выполнено с помощью винтов 5, изготовленных из цветного металла, с целью обеспечения срыва корпуса 2 с верхней части крышки 1 путем среза винтов 5. Причем материал, размеры и механические характеристики винтов выбраны таким образом, чтобы их срез произошел раньше, чем разрыв геофизического кабеля, на котором труборез спускается в скважину. The cumulative pipe cutter works as follows. After the delivery of the cumulative pipe cutter to the depth of cutting the pipe, the exact positioning of the pipe cutter is carried out, then a pulse is applied from the explosive device to the explosive cartridge. The detonation products from the operation of the electric detonator 10 pierce the wall 11 of the housing 2 and the detonation process is excited in the intermediate charge 4 and transferred to the annular shaped charge 3. In the process of operation, the shaped charge 3 pierces the wall of the cover 1 over the entire circumference, as well as the wall of the cut tubing. After breaking through the pipe, the cumulative disk dissipates. At the moment of operation of the shaped charge 3 of the pipe cutter, in addition to the formation of a cumulative disk, an excess pressure is formed inside the pipe cutter, which forms a high-explosive effect, which leads to the collapse of the air cavity 7 and the creation of excess pressure, leading to the destruction of the thinning 8 of the cover 1 of the pipe cutter. As a result of the destruction of the cover 1 of the pipe cutter at the location of the thinning 8, the deformed thin-walled lower part 14 of the cover remains in the well, and the main massive part of the pipe cutter is removed to the surface without any difficulty. As an additional protection against the occurrence of pipe cutter sticking in the well after operation, the pipe cutter body 2 is connected to the cover 1 using screws 5 made of non-ferrous metal in order to ensure that the body 2 is torn off from the upper part of the cover 1 by shearing the screws 5. Moreover, the material, the dimensions and mechanical characteristics of the screws are chosen in such a way that their cut occurs earlier than the break of the geophysical cable, on which the pipe cutter is lowered into the well.

Claims (3)

1. Кумулятивный труборез, содержащий средство инициирования, цилиндрический корпус с осевым каналом, заполненным зарядом взрывчатого вещества, зарядом с кумулятивной кольцевой выемкой, облицованной металлом, тонкостенной крышкой, герметизирующей внутреннюю полость трубореза и имеющей утонение на поверхности, отличающийся тем, что корпус и крышка трубореза соединены срезными винтами, а на теле корпуса трубореза выполнена кольцевая радиальная канавка-концентратор, образующая воздушную полость и расположенная напротив утонённой части крышки трубореза.1. A cumulative pipe cutter containing a means of initiation, a cylindrical body with an axial channel filled with an explosive charge, a charge with a cumulative annular recess lined with metal, a thin-walled cover sealing the internal cavity of the pipe cutter and having a thinning on the surface, characterized in that the body and cover of the pipe cutter are connected by shear screws, and an annular radial groove-hub is made on the body of the pipe cutter body, forming an air cavity and located opposite the thinned part of the pipe cutter cover. 2. Кумулятивный труборез по п. 1, отличающийся тем, что соединяющие корпус и крышку винты выполнены из материала с пределом прочности от 300 до 520 МПа.2. A cumulative pipe cutter according to claim 1, characterized in that the screws connecting the body and the cover are made of a material with a tensile strength of 300 to 520 MPa. 3. Кумулятивный труборез по п. 1, отличающийся тем, что соединяющие корпус и крышку винты имеют диаметр от 4 до 6 мм.3. Cumulative pipe cutter according to claim 1, characterized in that the screws connecting the body and the cover have a diameter of 4 to 6 mm.

Images