книги / Геофизические исследования скважин

рость пули по сравнению с зарядом из штатного зерненного пороха. Заряды изготовляются прессованием в виде шашек с внутренним каналом и разработаны для использования такж е в кумулятивных перфораторах и пороховых генераторах давления.

Кумулятивные перфораторы. При кумулятивной перфорации пласт вскрывается под действием узкой струи раскаленных газов и металла, сконцентрированной в поток большой плотности и огром­

311

ной скорости. В головной части скорость струи достигает 6— 8 км/с. Такой поток образуется при взрыве кумулятивного заряда.

При такой скорости кумулятивная струя оказывает на преграду значительное давление. В реальных средах это давление составляет несколько сотен мегапаскалей.

Максимальная эффективность действия кумулятивного заряда с выемкой, облицованной металлом, достигается при расположении заряда от преграды на определенном расстоянии, которое называ­ ется фокусным. Фокусное расстояние должно быть заполнено воз­ душной средой.

Механизм образования кумулятивной струи из облицовки пока­ зан на рис. 178. В струю обычно переходит примерно 10% массы об­ лицовки. Остальная часть, обжимаясь, формируется в стержень си­ гарообразной формы— пест, движущийся вслед за струей. Скорость струи от головной части к хвостовой снижается примерно в 3— 4 раза, благодаря чему струя в полете растягивается и одновременно сужа­ ется в диаметре. После достижения некоторого критического значе­ ния целостность струи нарушается и она распадается на определен­ ное число фрагментов, летящих друг за другом. Скорость хвостовой части струи составляет 2 км/с; пест имеет скорость около 1 км/с.

Рис. 178. Последовательные фазы образования кумулятивной струи при взрыве заряда с облицованной выемкой [по Н. Г. Григоряну].

а — заряд до взрыва; б — фронт волны детонации подходит к вершине выемки; в — детонация закончилась, металлическая облицовка деформируется с образованием кумулятивной струи и песта; г —образование струи и песта закончилось; д — струя разрывается на фрагменты; е — струя проникает в преграду, пест движется следом за струёй

312

При встрече с преградой кумулятивная струя создает канал, диа­ метр которого больше диаметра струи. Дно канала имеет полусфери­ ческую форму. Фрагменты хвостовой части струи, не принимавшие участие в пробивании канала, скапливаются на дне канала.

Летящий вслед за струей пест в зависимости от соотношения его диаметра и диаметра канала может достичь дна или застрять где-то в канале. Это снижает эффективность перфорации. Поэтому стре­ мятся в зарядах создать такие условия, чтобы диаметр пробиваемо­ го канала был как можно больше, а пест имел бы малый диаметр или не образовывался бы вовсе.

Горные породы в тонком слое вокруг стенок канала несколько уп­ лотняются, что приводит к снижению их проницаемости до 20%.

Материал струи (металл) и ее высокая температура влияния на коллекторские свойства практически не оказывают. Металл распы­ ляется по стенкам канала тончайшим слоем. Высокая температура струи, которая составляет порядка 1000 °С, не успевает сплавить гор­ ную породу из-за кратковременного воздействия. Весь процесс про­ текает 100 мкс.

Кумулятивный заряд перфоратора (рис. 179) представляет собой прессованную шашку бризантного ВВ цилиндрической, конической или овальной формы — кумулятивная выемка, в которую вставлена металлическая воронка. В основании заряда находится детонатор. Инициирование взрыва снаряда производится от взрыва общего гиб­ кого детонирующего шнура, который, в свою очередь, возбуждается от соответствующего взрывного устройства, чаще взрывного патрона.

Форма заряда позволяет уменьшить массу ВВ, не участвующую непосредственно в образовании кумулятивной струи, благодаря чему уменьшается вредное воздействие взрыва на корпус перфоратора или обсадную колонну.

По способу герметизации кумулятивных зарядов перфораторы делятся на две группы: корпусные и бескорпусные. Корпусные, в свою очередь, подразделяются на перфораторы с многократным исполь­ зованием корпуса, обозначение которых ПК, и однократного исполь­ зования — ПКО, ПКОС, ПНК. Бескорпусные перфораторы выпус-

Z 1

Рис. 179. Кумулятивные заряды.

а — заряд ЗПРВ для перфоратора ПРВ, б - заряд ЗКПРУ для разрушающего усовершенствованного перфоратора КПРУ; 1 - кумулятивная воронка; 2 — крышка; 3 — заряд ВВ; 4 — детонатор промежуточный; — корпус

313

каются частично разрушающимися — ПКС, ПКР и полностью раз­ рушающимися — КПР, ПР. Техническая характеристика основных кумулятивных перфораторов приведена в табл. 14.

Т а б л и ц а 14. Технические характеристики применяемых перфораторов [по СЛ. Ловле]

•Предельная температура всех, исключая спускаемые на трубах перфораторов, 150 ’С

••Предельные углы наклона скважины до 45', за исключением перфораторов, спус­ каемых на НКТ, не имеющих ограничений по этому показателю

314

В корпусных перфораторах заряды и средства взрывания (дето­ нирующий шнур и взрывной патрон) изолированы от внешней сре­ ды стальным корпусом, который выдерживает высокие гидростати­ ческие давления. Стальной корпус позволяет применять перфора­ торы этого класса в скважинах на больших глубинах при высоких температурах и давлениях. Кроме того, корпусные перфораторы не загрязняют ствол скважины после перфорации и не оказывают раз­ рушающего влияния на обсадную колонну и цементный камень в затрубном пространстве.

Кумулятивные корпусные перфораторы многократного ис­ пользования типа ПК имеют толстостенный стальной герметичный корпус, в стенках которого против каждого заряда расположены гнез­ довые отверстия для прохождения кумулятивной струи. Каждое от­ верстие герметизируется металлической пробкой и резиновым уп­ лотнением. Оси соседних зарядов и гнездовые отверстия располага­ ются с шагом, обеспечивающим необходимую плотность перфорации, и сдвинуты относительно соседнего заряда на 90°. Минимальное рас­ стояние между соседними зарядами 75— 85 мм. В одном корпусе раз­ мещено 10— 12 зарядов. Для увеличения числа зарядов, одновремен­ но опускаемых в скважину, корпусы перфораторов можно соединить. Один корпус выдерживает до 40 групповых взрывов.

В корпусных перфораторах однократного использования (ПКО, ПКОТ) корпус изготовляется из сплошной тонкостенной трубы, про­ стреливаемой кумулятивными струями. Для изготовления корпу­ сов могут быть использованы насосно-компрессорные или буриль­ ные трубы. Преимущество перфораторов этого типа — возможность применения более мощных зарядов. Преимущество заключается также в том, что они позволяют спускать в скважину одновременно до 100 зарядов, а за одну операцию простреливать интервал мощ­ ностью до 10 м.

Недостатки перфораторов ПКО: невозможность применения их на небольших глубинах (при гидростатических давлениях менее 10 МПа корпус разрушается); большой расход металла на одну опе­ рацию.

Все перфораторы, как правило, спускают в скважину на кабеле. Исключение составляют перфораторы ПНК и ПМТ89, спускаемые в скважину на насосно-компрессорных или бурильных трубах.

Перфораторы ПМТ-89 предназначены для вскрытия за один спуск больших по мощности (сотни метров) нефтегазоносных объектов, при необходимости с пропусками в интервале перфорации. Предусмотре­ на возможность перед выстрелом перфоратора провести промывку ствола скважины и закачки в интервал перфорации активной жидко­ сти. Контролируемое устье скважины позволяет вскрытие объекта проводить при депрессии на пласт. Перфораторы ПМТ-89 поставля­ ются полностью снаряженными и спресованными на максимальное рабочее давление 21-зарядными модулями. Диаметр модуля — 60 мм, длина — 1,5 м. Ориентация зарядов спиральная с различными углами фокусировки. Перфораторные модули помещаются по 4 — 5 штук

315

встык в негерметичные контейнеры, изготовляемые на месте из НКТ невысокой категории прочности (в том числе из бывших в употребле­ нии) диаметром 89 мм и толщиной стенки 6,5мм. Между модулями, снабженными центраторами, и контейнером имеется кольцевой про­ ход шириной 8 мм, по которому сквозь перфоратор проходит жидкость при промывке скважины в интервале перфорации перед выстрелом. Снаряженные модулями контейнеры соединяются на устье в процес­ се спуска перфоратора по обычной технологии свинчивания НКТ, об­ разуя сборку любой длины. Предусмотрены холостые передаточные модули для обеспечения пропусков в интервале перфорации. Подрыв перфоратора осуществляется с помощью спускаемой вместе с перфо­ ратором взрывной головки. Взрывная головка срабатывает путем про­ качивания через колонну НКТ резинового шара. Факт срабатывания перфоратора регистрируется на поверхности акустическими метода­ ми. Перфораторы ПНК и ПМТ-90 позволяют проводить вскрытие пла­ стов в наклонно-направленных скважинах при больших углах искрив­

316

ка выдерживает гидростатическое давление, но разрушается при взрыве. Материал герметизирующих оболочек — стекло, керамика, ситалл, алюминий. Заряды собирают в длинные гирлянды. Взрыва­ ние производится детонирующим шнуром, срабатывающим от взрывного патрона.

Взависимости от вида механической сборки бескорпусные пер­ фораторы могут быть частично или полностью разрушающимися.

Вбескорпусных частично разрушающихся перфораторах заряды монтируются в стальной ленте или в стальных проволочных карка­ сах. После срабатывания зарядов деформированный каркас вместе

сгрузом извлекается из скважины.

Вбескорпусных полностью разрушающихся перфораторах заря­ ды собираются в длинные гирлянды с помощью звеньев разнообраз­ ной конструкции, которые при взрыве разрушаются и остаются в скважине. На поверхность поднимается кабель с наконечником.

Бескорпусные перфораторы имеют свои недостатки. Прежде всего это значительное воздействие взрыва зарядов на обсадную колонну и цемент в затрубном пространстве. Кроме того, в скважине после взрыва остается значительное количество осколков оболочек и зве­ ньев конструкции гирлянды. Однако эти перфораторы имеют и важ­ ные преимущества, основные из которых— возможность проводить работы в скважинах через насосно-компрессорные трубы, опущен­ ные с открытым концом, вскрывать значительные по мощности ин­ тервалы. Это позволяет сократить время, затрачиваемое на испыта­ ние скважины и в конечном счете на освоение месторождения.

Большое разнообразие стреляющих перфораторов дает воз­ можность выбрать оптимальные режимы вскрытия пласта и соот­ ветствующую этим условиям стреляющую аппаратуру.

Если пласт обладает хорошими коллекторским и свойствами, мало загрязнен при бурении и способен самоочищаться, то вскрытие пла­ ста можно осуществлять при репрессиях, т. е. когда давление в сква­

жине выше пластового. При этом необходимо скважину заполнять растворами, не засоряющими перфорационные каналы, растворами с добавлением поверхностно-активных веществ, нефти, растворами на нефтяной основе. Перепад давления не должен превышать 3— 5 МПа. Вскрытие пласта при депрессии, т. е. когда давление в сква­ жине ниже пластового (или при равенстве давлений), проводят при значительном снижении проницаемости в прискважинной зоне; при отсутствии притока после перфорации из интервалов, рекомендо­ ванных геофизической службой к испытанию; при аномальных пластовых давлениях.

Перфорацию при депрессии проводят при герметизированном ус­ тье скважины. Депрессию на пласт создают путем применения облег­ ченных растворов или снижения уровня в скважине. В этих условиях предпочтение следует отдать малогабаритным разрушающимся ку­ мулятивным перфораторам, опускаемым на компрессорных трубах.

Выбор типа перф оратора определяется геологической ха­ рактеристикой объекта испытания и техническим состоянием сква­

317

жины. Следует учесть, что пулевые перфораторы позволяют полу­ чать длинные каналы большого диаметра с сеткой трещин вокруг них. Применять их целесообразно в пластах с плохими коллекторскими свойствами при большой зоне загрязнения, образовавшейся в про­ цессе бурения. Необходимое условие успешного применения пуле­ вых перфораторов — горные породы малой или средней твердости (рш<4,0 МПа). В твердых отложениях более эффективны кумуля­ тивные перфораторы.

Для избирательного повторного вскрытия тонких нефтенасыщен­ ных пластов, расположенных рядом с водонасыщенными породами, и для создания отверстий в многоколонных скважинных конструк­ циях при ремонте скважин без ударного воздействия применяют сверлящую перфорацию. Разные модели сверлящих перфораторов (табл. 15) позволяют производить вторичное вскрытие коллекторов в вертикальных, наклонных и горизонтальных скважинах. При не­ обходимости сверления нескольких отверстий в одной плоскости при­ боры комплектуют модулем углового ориентирования, который осу­ ществляет поворот перфоратора вокруг его оси на заданный угол.

Т а б л и ц а 15. Некоторые современные типы сверлящих перфораторов

и их характеристики (по данным НПФ «Перфотех»)

В настоящее время также развиваются технологии, совмещающие вторичное вскрытие продуктивных пластов кумулятивной перфора­ цией и одновременную обработку (разрыв) пласта продуктами горе­ ния твердотопливных зарядов (В.М. Тебякин — ОАО «ВНИПИвзрывгеофизика »). При этом образуемые кумулятивными зарядами каналы и трещины сразу расширяются давлением газов пороховых зарядов. Перфорационные каналы углубляются в 1,5— 2 раза «маги­ стральной » трещиной и происходит разрыв уплотненной стенки ка­ нала «боковыми» трещинами. Одновременно за счет пульсаций га­ зового пузыря, создаваемого пороховым генератором, обеспечивает­ ся очистка перфорационных каналов от шлама. Для вскрытия плас­ тов и интенсификации притока в колонне выпускаются комбиниро­ ванные аппараты: МКАВ-150/100 (спуск через НКТ), ПГК-102, ГП105

318

«Перфоген » с плотностью перфорации 12 отв/м. В последнем все ос­ колки от зарядов и шлам из породы собираются в нижней пороховой камере и не засоряют скважину.

§2. ТОРПЕДИРОВАНИЕ СКВАЖИН

Впроцессе бурения скважин взрывные работы выполняют с це­ лью его ускорения, предупреждения и ликвидации аварий. Основ­ ные виды проводимых работ приведены в табл. 16.

Впроцессе бурения могут появиться препятствия, затрудняющие нормальную проводку скважин. Так, могут встретиться твердые гор­ ные породы, валуны, металлические предметы, упавшие в скважи­ ну или оставленные на забое в процессе бурения — шарошки, долото

ит. п. Устранить эти препятствия можно с помощью взрывных ра­ бот. В скважинах небольшой глубины для разрушения валунов или

твердых горных пород могут быть использованы заряды для куму­ лятивных перфораторов собранные в специальные приспособления.

Т а б л и ц а 16. Прострелочно-взрывные работы в бурящихся скважинах

319

срабатывает после взрыва основого заряда и воздействует на уже ос­ лабленный металл при непосредственном контакте с ним. Это оказыва­ ет высокое дробящее действие.

Опыт показал, что разрушение металлических предметов на от­ дельные куски требует использования нескольких торпед. Для спуска в скважину и одновременного подрыва трех торпед применяют спе­ циальные кассетные головки.

Осколки предметов, разрушенных взрывом, извлекаются на по­ верхность магнитом, шламометаллоуловителем, механическими, гидравлическими, имплозийными и другими ловителями или разбури­ ваются на забое фрезой.

Условие успешного проведения работ — установка торпеды на раз­ рушаемом объекте Для этого ее спускают в скважину на кабеле или на бурильных трубах. При спусках на бурильных трубах посадку тор-

320