Устройство для последовательного инициирования секций перфорационной системы

Устройство для последовательного инициирования секций перфорационной системы относится к нефтегазовой отрасли, а именно к конструктивной части перфорационных систем, спускаемых в нефтяные или газовые скважины, в частности, на геофизическом кабеле непосредственно, а на насосно-компрессорных трубах с использованием интеллектуальной головки инициирования, и инициируемым электродетонаторами, и может быть применено для перфорации нескольких разнесенных интервалов за одну спускоподъемную операцию для любых электрических средств инициирования, в том числе, срабатывающих от импульса переменного тока.

Известно устройство по патенту RU 2646927 С1 от 25.05.2017, опубликовано 12.03.2018 для последовательного инициирования перфорационной системы, содержащее корпус устройства, электродетонатор, шнур детонирующий, электрический провод, устройство передачи детонации, поршень, причем поршень расположен в корпусе, выполненном в виде цилиндра со ступенчатым сквозным отверстием; поршень имеет уплотнительную и инициирующую части и зафиксирован в корпусе от перемещения фиксирующей шайбой; поршень изолирован от корпуса втулкой-изолятором и изолирующей шайбой; в механическую цепочку переключения контактов дополнительно включен электронный блок переключения контактов, выполненный в виде электронного ключа, срабатывающего от изменения состояния датчика.

Известно также «Устройство последовательного инициирования перфорационной системы» по патенту RU 2561828 С2 от 21.11.2013, опубликовано: 10.09.2015, содержащее корпус, электрический провод, поршень, картридж, внутри которого размещены шнур детонирующий, устройство передачи детонации, электродетонатор, контакт верхний, оно снабжено подвижным электрическим контактом, расположенным на первой торцевой части поршня, обращенной к контакту верхнему, верхняя часть поршня выполнена конической формы, на второй торцевой части поршня выполнено глухое отверстие с диаметром, равным диаметру верхнего конца электрического контакта нижней секции перфоратора.

Основным недостатком данного изобретения, принятого за прототип, является наличие поршня со скользящим подвижным контактом, через который обеспечивается передача инициирующего импульса к последнему детонатору и после его срабатывания к следующему детонатору в системе. Таким образом, в решениях, принятых за аналог и прототип поршень, используется для преобразования энергии ударной волны в механическое перемещение для обеспечения контакта между линией и следующим детонатором в системе. В патенте 2561828 поршень непосредственно реализует контакт линии с сигнальным выводом детонатора и играет роль гидромеханического реле. В патенте 2646927 поршень выполняет роль преобразователя энергии ударной волны в перемещение и изменение своего положения, которое бесконтактно определяется датчиком положения и далее по сигналу от этого датчика электронная схема замыкает линию на сигнальный контакт детонатора.

В обоих случаях используется подвижный элемент, через который обеспечивается транзит линии между последовательно включенными секциями перфорационной системы. Необходимость использования этого подвижного контакта приводит к снижению надежности устройства и его удорожанию.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является реализация функции последовательного инициирования секций перфорационной системы без использования подвижных механических узлов и, таким образом, повышение надежности устройства, обеспечивающего последовательное инициирование.

Технический результат достигается тем, что устройство для последовательного инициирования перфорационной системы, содержащее корпус, электродетонатор, шнур детонирующий, электрический провод, устройство передачи детонации, электрический контакт, электронный модуль управления, управляемый электрический переключатель, а электрический контакт выполнен неподвижным, имеет центральное сквозное отверстие с установленным датчиком давления, который соединен с электронным модулем управления переключателем; в качестве датчика давления используют пьезокерамический преобразователь; в качестве датчика давления используют тензометрический преобразователь; причем электронный модуль управления содержит датчик температуры, а устройство снабжено датчиком контроля сигнала инициирования на линии.

Задача решена за счет использования устройства, преобразующего физические величины, изменяющиеся при срабатывании зарядов предыдущей секции перфосистемы в электрические сигналы. К таким величинам можно отнести, например, давление, температуру, проводимость и влажность газа в пространстве перфорационной системы, возрастающей при потере герметичности корпуса перфоратора и заполнении скважинной жидкостью объема корпуса. Следовательно, устройства измеряющие эти величины и установленные в какой-либо секции перфорационной системы способны определить факт срабатывания предыдущей смежной секции.

В данном техническом решении используется последовательно включенные датчик давления, электронный модуль управления, управляемый ключ, замыкающий сигнальный контакт детонатора на линию и одновременно размыкающий линию от контакта предыдущего детонатора нижней секции, в которой произошла детонация перфорационных зарядов. Транзит линии обеспечивается через изолированный от корпуса неподвижный контакт. Электронный модуль измерения и управления может содержать физически или программно реализованные компоненты: усилитель, устройство сравнения (электронный компаратор), таймер, управляемый электрический переключатель.

Неподвижный контакт выполнен в виде конической или ступенчатой детали из проводящего электричество материала с центральным каналом, в которую с узкой стороны устанавливается датчик давления. Датчик давления служит для определения момента действия давления ударной волны, возникающей при детонации предыдущей секции.

В силу того, что давление продуктов детонации действует только в секции, в которой произошла детонация перфорационных зарядов, и давление продуктов детонации передается через осевое отверстие в полом неподвижном контакте на датчик давления, расположенный в следующей секции и не действует на такие же датчики давления, установленные в других секциях, реализуется возможность подключения к линии детонатора, установленного именно в смежной секции, следующей за секцией, в которой произошла детонация. Таким образом, реализуется последовательное инициирование секций перфорационной системы строго снизу вверх при появлении импульсов инициирования на линии. Электронным модулем, входящим в состав устройства выполняется масштабирование сигнала давления и сравнение его значения с предустановленным уровнем, соответствующим уровню регистрируемому датчиком при воздействии продуктов взрыва компаратором, выполненным физически или программно. При превышении измеренного давления предустановленного уровня формируется сигнал на запуск таймера, настроенного на время, с запасом превышающего время импульса взрывного прибора.

Устройство для последовательного инициирования перфорационной системы в продольном разрезе изображено на фиг. 1. На фиг. 2 изображена структурная схема устройства последовательного инициирования.

На фиг. 1 изображены: корпус устройства 1, электронный модуль управления 2, датчик давления 3, втулка изолирующая коническая 4, изолирующая шайба большая 5, гайка 6, изолирующий вкладыш 7, электродетонатор 8, контакт 9, изолирующая шайба малая 10, клемма контактная 11, упорная втулка 12, детонирующий шнур 13, линия инициирования 14, провод электрический 15 электродетонатора, трансформатор 16 электродетонатора 8, устройство передачи детонации 21.

На фиг. 2 изображены: датчик давления 3, электродетонатор 8, детонирующий шнур 13, линия инициирования 14, устройство сравнения 17, таймер 18, электрический управляемый ключ 19, секции перфорационной системы 20.

Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени линия инициирования 14 проходящая вдоль всей перфорационной системы входит из предыдущей секции через контактную клемму 11 в устройство последовательного инициирования, подключается к электронному модулю управления 2 и через замкнутую часть управляемого электрического ключа 19 проходит далее на неподвижный контакт 9 и далее переходит к следующей секции перфорационной системы, которая еще не сработала или является последней в системе. В этой секции электродетонатор оказывается подключен непосредственно к линии. Таким образом, при появлении импульса инициирования детонируют заряды, расположенные именно в это последней секции. В процессе детонации выделяющиеся продукты взрыва непосредственно через отверстие в изолированном неподвижном контакте 9 воздействуют на датчик давления 3, установленный на этом контакте. Импульс давления, преобразованный в электрический сигнал действует на вход электронного модуля управления 2, в котором поступает на устройство сравнения с пороговым значением, соответствующим минимальному уровню давления продуктов взрыва. При срабатывании зарядов в последней секции появляется сигнал на выходе устройства сравнения и запускает таймер 18, настроенный на время, превышающее действие импульса инициирования на линии. По прошествии этого времени таймер формирует сигнал на переключение электрического управляемого ключа, таким образом, что линия отключается от предыдущей секции электродетонатора и подключается к электродетонатору следующей секции.