книги / Геофизические исследования скважин

пед непосредственно на разрушаемый металл обеспечивают путем очистки (промывки) ствола скважины и забоя от шлама. Промывку проводят до прекращения выхода шлама и установления постоянной величины разгрузки инструмента. При спуске на бурильных трубах может быть использовано устройство взрывания торпед (под маркой ВУКТ), позволяющее вести промывку ствола. В устройстве ВУКТ ис­ пользуется инициатор адиабатического действия без инициирующих взрывчатых веществ и прямого контакта поршня со вторичным ВВ, что обеспечивает высокую степень безопасности при обращении с тор­ педами ТКОТ. При спуске на кабеле над торпедой крепят груз.

При бурении глубоких и сверхглубоких скважин наиболее рас­ пространенный вид осложнений — прихваты бурового инструмента. Причины прихватов могут быть различными, и от этого зависит вы­ бор средства их предупреждения и ликвидации.

При подъеме инструмента в местах образования желоба наблю­ даются затяжки, которые могут привести к прихвату инструмента. С целью профилактики желоб1 может быть разрушен с помощью взрыва. Для этого используют удлиненные торпеды с разгруженным (негерметичным) корпусом или торпеды из детонирующего шнура.

Для негерметичной торпеды корпус изготовляют из дюралюми­ ниевой трубы, в которую помещают ВВ. В качестве ВВ используют цилиндрические шашки соответствующего диаметра. Оптимальный диаметр заряда 0,2— 0,4 номинального диаметра скважины.

Прихват, связанный с «прилипанием » бурового инструмента, мо­ жет произойти в результате интенсивной фильтрации бурового ра­ створа; образования на стенках скважины вязкой глинистой короч­ ки; неподвижности бурового инструмента в скважине; отсутствия циркуляции промывочной жидкости.

Считается, что в процессе бурения промывочная жидкость охва­ тывает бурильные трубы со всех сторон и поэтому они не прижима­ ются к стенке скважины. При неподвижном инструменте и отсут­ ствии циркуляции промывочной жидкости инструмент прижимает­ ся к стенке скважины, глинистая корочка препятствует поступлению новой порции жидкости в зону контакта колонны с горной породой. В результате под действием гидростатического давления, которое обычно выше пластового, труба прижимается к стенке скважины Это усилие может быть настолько значительным, что буровой инстру­ мент как бы «прилипает » к стенке скважины.

Чтобы восстановить свободное перемещение инструмента в сква­ жине, необходимо нарушить цельность глинистой корочки, дать воз­ можность промывочной жидкости проникнуть в зону контакта поро­ ды с трубой.

Существует ряд способов ликвидации прихватов, один из которых основан на применении ВВ и называемый методом встряхивания12*

1 Выделение в разрезе скважин желобов по материалам геофизических исследо­ ваний описано в гл VIII

При взрыве ударная волна в момент прохождения через ме­ таллическую колонну кратковременно снимает усилия, прижимающие трубу к стенке скважины. В результате буровой раствор проникает в пространство между трубой и стенкой скважины. Для повышения эффективности проводимых работ по ликвидации прихвата одновре­ менно со взрывом на устье скважины к буровому инструменту прила­ гают усилие, растягивающее или скручивающее колонну.

Взрывное устройство должно обеспечить сохранность бурильной колонны и по возможности перекрыть зарядом интервал прихвата. Этим требованиям лучше всего отвечают торпеды типа ТДШ, в ко­ торых в качестве бризантного ВВ использован детонирующий шнур. Торпеда ТДШ состоит из головки, в которой помещен взрывной пат­ рон, груза и троса, соединяющего головку с грузом; к нему крепится основной заряд — детонирующий шнур. Заряд в зависимости от гид­ ростатического давления и состояния бурового инструмента может состоять из нескольких отрезков детонирующего шнура.

Выбрать величину заряда можно по номограммам, приведенным на рис. 182. Прямой линией соединяются точки, соответствующие гид­ ростатическому давлению в интервале работ и толщине стенки тру­ бы S. Точку а — пересечения с промежуточной шкалой соединяют со значением наружного диаметра трубы DTp. По шкале п получают ис­ комое число ниток детонирующего шнура.

Выпускаются торпеды в двух вариантах. Торпеда ТДШ предназ­ начается для работы в скважинах при температуре до 100 °С и дав­ лении до 49 МПа; диаметр головки и груза — 24 мм, длина заряда — до 100 м. В торпедах ТДШТ50 применяются термостойкие марки де­ тонирующего шнура и они предназначены для работ в средах, тем­ пература которых достигает 200 °С, давление — до 98 МПа; диаметр головки с грузом 50 мм, допустимая длина заряда 50 м.

Рис. 182. Номограммы для определения числа ниток торпеды типа ТДШ для ликвидации прихвата бурильных труб стальных (а) и из алюминиевого сплава Д16Т(б)

3 2 2

Торпеды типа ТДШ используют также для развинчивания при­ хваченного инструмента в заданном месте. Резьбовое соединение раз­ ворачивается, если наносить по нему легкие удары.

В скважинных условиях роль ударного инструмента выполняет взрывная волна, образующаяся при взрыве торпеды ТДШ. Величину заряда определяют в зависимости от диаметра труб и гидростати­ ческого давления в скважине.

Работы по развинчиванию прихваченного инструмента с при­ менением торпеды ТДШ проводят после того, как буровой бригаде, несмотря на все усилия, не удалось извлечь инструмент. Технология работ следующая. Скважину шаблонируют с тем, чтобы убедиться в беспрепятственном прохождении торпеды и приборов по всему ство­ лу. Проверяют готовность наземного оборудования. Уточняют место прихвата, т. е. глубину, до которой с поверхности по инструменту пе­ редаются усилия растягивающие или скручивающие. Место прихва­ та определяют прихватоопределителем. Выбирают глубину, на ко­ торой колонна будет развинчена. Это место должно быть располо­ жено выше интервала прихвата на участке скважины, имеющем номинальный диаметр. Затягивают ротором все резьбовые соедине­ ния колонны труб. Максимально допустимое число оборотов ротора зависит от диаметра труб, глубины прихвата; его определяют по со­ ответствующим таблицам.

Прикладывают к колонне отвинчивающий момент, величина ко­ торого должна составлять одну треть затягивающего момента. Раз­ гружают резьбовое соединение в месте отворота от давления, созда­ ваемого массой верхней части инструмента. Это состояние фиксиру­ ется оборудованием скважины.

В скважину спускают торпеду. Длина отрезка детонирующего шнура должна быть порядка 11м, чтобы перекрыть хотя бы одно резьбовое соединение. Если установку торпеды контролировать по показаниям локатора муфт, то ее длина может быть сокращена до 2 м. Торпеду взрывают, с помощью ротора доразворачивают инст­ румент и одновременно интенсивно промывают ствол скважины. После этого инструмент соединяют с оставшейся в скважине ко­ лонной труб и, повторяя весь цикл работ, отворачивают инструмент с помощью взрыва на большей глубине. Последовательное прове­ дение этих операций позволяет в ряде случаев ликвидировать при­ хват. Развинчивание инструмента с применением торпед ТДШ — способ более производительный, дешевый и надежный по сравне­ нию с развинчиванием колонны с помощью бурового инструмента с левой резьбой.

Торпедирование с целью обрыва бурового инструмента вы ­ полняют при ликвидации сложных аварий, связанных с обвалом гор­ ных пород, заклиниванием долота, и которые, как правило, сопро­ вождаются потерей циркуляции. При этом другие способы борьбы с осложнением не дали положительных результатов Для обрыва ин­ струмента применяют шашечные торпеды типа ТШ и кольцевые ку­ мулятивные труборезы типа ТРК.

323

В торпедах шашечных типа ТШ основной заряд ВВ в виде от­ дельных цилиндрических шашек соответствующего диаметра раз­ мещается в негерметичной оболочке (корпусе), изготовленной из дюралюминиевой трубы. В скважину торпеды спускают на кабе­ ле. Для подрыва взрывного патрона, детонация которого переда­ ется на основной заряд ВВ, через герметизированный электроввод взрывной патрон подсоединяют к токоведущей жиле кабеля. Груз устанавливают над торпедой и после взрыва извлекают на повер­ хность.

Торпеда ТШ84 предназначена для работы в скважинах с гидро­ статическим давлением до 49 МПа и температурой до 100 °С. Осталь­ ные типы выполнены в термостойком исполнении и имеют индекс ТШТ. Предназначены они для работы в скважинах с гидростатичес­ ким давлением до 147 МПа и температурой 220— 230 °С.

Для перерезания бурильных труб, имеющих гладкое проходное отверстие, а также насосно-компрессорных труб и обсадных колонн успешно применяют кольцевые кумулятивные труборезы типа ТРК. В торпедах этого типа при взрыве основного заряда ВВ образуется кольцевая кумулятивная струя, движущаяся в горизонтальной плос­ кости, которая, пройдя стенки корпуса и промывочную жидкость, пе­ ререзает трубу. Поскольку кумулятивная струя имеет ограничен­ ный радиус действия, то зазор между корпусом торпеды и трубой должен быть минимальным. По этой причине кольцевые труборезы не могут быть использованы для обрыва бурильных труб с высажен­ ными внутрь кольцами. Особенность этой операции — минимальное повреждение колонны.

§ 3. ВЗРЫВНЫЕ МЕТОДЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИСКВАЖИННУЮ ЗОНУ.

ДРУГИЕ ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ В СКВАЖИНАХ

В отдельных случаях стреляющие перфораторы не обеспечива­ ют создания надежной гидродинамической связи в системе скважи­ на — пласт. Это может наблюдаться при вскрытии низкопористых отложений, коллекторские свойства которых контролируются сис­ темой микротрещин. Особенно часто такие ситуации возникают при вскрытии пластов, залегающих на больших глубинах, в условиях, когда бурение ведется на утяжеленных растворах.

Бурение в сложных геологических условиях с применением утяж еленных растворов приводит к значительному снижению фильтрационных свойств пласта в прискважинной зоне. Для вос­ становления проницаемости в призабойной зоне, что необходимо для правильной оценки продуктивности пласта и увеличения его дебита, вокруг ствола скважины следует создать систему трещин, которые выходили бы за зону с ухудшенными коллекторскими свойствами.

Создать такую систему трещин можно путем торпедирования скважин или с помощью пороховых генераторов давления.

324

Т о р п е д и р о в а н и е с к в а ж и н

Наиболее рациональный и эффективный метод воздействия на при­ забойную зону пласта с целью расширения естественных и создания новых трещин — торпедирование пласта. Торпедирование может осу­ ществляться относительно небольшими зарядами ВВ, большими фу­ гасными зарядами, внутрипластовыми взрывами, ядерным взрывом.

При торпедировании радиус трещин и каверн зависит от свойств горных пород, энергии ВВ, гидростатического давления и определя­ ется массой взрываемого заряда на единицу длины скважины. По­ лучить технологический эффект от торпедирования, т. е. создать зону вокруг ствола скважины с развитой системой трещин, можно только в плотных отложениях. На характер действия взрыва, в частности на радиус трещин, значительное влияние оказывает гидростатичес­ кое давление. С увеличением глубины радиус трещин резко умень­ шается и эффективность метода снижается.

Вобсаженных скважинах для вскрытия пласта применяют тор­ педы с небольшим зарядом ВВ (до 5 кг) при отношении диаметра за­ ряда d3 к диаметру скважины dc порядка 0,2— 0,3. При таких соот­ ношениях торпеды получаются достаточно большой длины (больше 6 • dc) и действие взрыва направлено преимущественно радиально. Колонна деформируется только в интервале установки торпеды.

Вметаллической колонне образуется раздутие с системой вертикаль­ ных трещин, которые распространяются на цементный камень и ухо­ дят в горную породу.

Торпедирование небольшими зарядами с целью увеличения де­ бита скважины целесообразно проводить только на небольших глу­ бинах. Для увеличения проницаемости призабойной зоны применя­ ют торпедирование большими зарядами ВВ. При взрыве такого за­ ряда ВВ колонна в месте взрыва разрушается полностью, а в горной породе может образоваться каверна до четырех диаметров заряда и система трещин.

Вобсаженных скважинах взрывы больших зарядов ВВ проводят

висключительных случаях, поскольку в интервал торпедирования невозможно опустить инструмент для проработки ствола скважины. Кроме того, колонна может быть повреждена на участках, удален­ ных от места взрыва. Как правило, торпедирование выполняют толь­ ко в открытом стволе скважины.

Торпеды большого заряда ВВ типа ТШБ собирают из шашек, ди­ аметр которых берут максимально большим для данной скважины. Шашки изготовляют из сплавов гексогена со сквозным отверстием в центре шашки. Торпеды ТШБ собирают на скважине в гирлянду тре­ буемой длины. В верхней и нижней частях торпеды размещают взры­ ватели замедленного действия с часовым механизмом. Шашки вы­ пускают диаметром 126; 166; 206 и 236 мм, что обеспечивает плот­ ность заряда 19,4— 60,4 кг на 1 м.

Для проведения торпедирования собранную гирлянду на кабеле опускают в скважину и оставляют на забое. Если интервал торпеди-

325

рования несколько выше забоя, то необходимо создать искусствен­ ный забой. После этого кабель извлекают на поверхность, а для за­ щиты верхней части ствола скважины от действия взрывной волны над торпедой устанавливают цементный мост мощностью 20— 30 м. Время взрыва, устанавливаемое на взрывателе замедленного дей­ ствия, должно обеспечить цементирование скважины и затвердение цементного раствора. Обычно оно равно 4— б сут.

Применение пороховых генераторов давления

Один из эффективных методов восстановления проницаемости в прискважинной зоне пласта — воздействие на нее пороховыми газа­ ми. Используемые для этой цели скважинные аппараты называются пороховыми генераторами давления (ПГД). Генераторы позволяют увеличивать производительность скважин путем разрыва пласта и термохимической обработки прискважинной зоны.

При нормальных условиях в процессе горения 1 кг пороха обра­ зуется 0,8— 1,0 м3 газа и выделяется тепло. В аппаратах ПГД масса одновременно сжигаемого порохового заряда в зависимости от глу­ бины скважины и решаемой задачи составляет 80— 160 кг. Сгорание такой массы пороха сопровождается большим выделением газа и по­ вышением температуры, которые оказывают на горные породы ме­ ханическое, тепловое и физико-химическое воздействие.

Образование газов приводит к увеличению давления в скважине. Характер изменения давления во

вого горного давления создаются условия для образования трещин; происходит разрыв пласта. По этим трещинам буровой раствор и пороховые газы с большой скоростью «врываются» в пласт, давление в скважине снижается.

Время от начала горения пороха до падения давления составляет порядка 2 с. После этого происходит затухающая пульсация и давле­ ние в течение 12— 20 с восстанавливается до гидродинамического.

Продукты горения, начальная температура которых в очаге го­ рения достигает 2500 °С, проникая в пласт, способствуют расплавле­ нию парафиновых, асфальтосмоловых и других твердых отложений, снижению вязкости нефти. Поскольку продукты горения содержат в основном углекислый газ, азот и хлористый водород, то они оказы­ вают физико-химическое воздействие на горную породу. В резуль­ тате такого комплексного воздействия на горную породу трещины,

326

образовавшиеся в пласте, не смыкаются и создают условия для вы­ сокой проницаемости в прискважинной зоне.

Применяемые в настоящее время пороховые генераторы давления подразделяю тся на корпусные и бескорпусные. Бескорпусные (ПГДБК) выпускаются двух типов: герметичные и негерметичные ак­ кумуляторы давления (АДС). Генераторы типа ПГДБК состоят из не­ скольких трубчатых пороховых зарядов, каждый из которых изоли­ рован от жидкости, заполняющей скважину, тонкой неметаллической оболочкой. Давление окружающей среды воспринимается пороховым зарядом и опорными трубками, расположенными по центру заряда. Поджигание пороховых зарядов производится пиропатроном, уста­ новленным в кабельном наконечнике, и пиротехническим воспламе­ нителем, который имеется в каждом пороховом заряде. Длина поро­ хового заряда 1 м, наружный диаметр 98 мм, масса 10,5 кг. В зависи­ мости от глубины интервала обработки (гидростатического давления) генераторы собирают из 5— 12 пороховых зарядов.

На стадии опытно-промышленного опробования находится новая конструкция ПГД универсального типа (ПГД100 и ПГДЦ) для одноимпульсного и импульсно-волнового режимов обработки присква­ жинной зоны пласта (рис. 184) с электровоспламенителями (типа ВТЗ 200/100). В генераторах используются заряды с различной ско­ ростью газообразования массой от 0,76 до 9,26 кг. Количество заря­ дов одновременно спускаемых в скважину — от 2 до 25 в ПГД 100 и от 2 до 10 зарядов ЗБСЮОТр в ПГДЦ. Сочетание основных зарядов с трубчатыми позволяет управлять режимом газообразования. В ПГДЦ имеется возможность регулирования импульсов давления в зависи­ мости от характеристик скважины и состояния эксплуатационной колонны. Основные элементы конструкции генераторов показаны на рис. 184 (по данным ОАО «ВНИПИвзрывгеофизика »). Воспламене­ ние зарядов инициируется воспламенителем и передается по огне­ проводному шнуру (см. рис. 184 б). Амплитуда каждого импульса за­ висит от массы заряда, а частота импульсов — от расстояния между зарядами.

В генераторах давления АДС заряды находятся в контакте с бу­ ровым раствором; они соединяются между собой с помощью сталь­ ного троса и поддона. Воспламеняются заряды посредством элект­ рической спирали накаливания, вмонтированной в верхний и ниж­ ний заряды. Продолжительность горения заряда в генераторе АДС5 составляет несколько минут. Эти генераторы применяют для очист­ ки прискважинной зоны эксплуатационных и нагнетательных сква­ жин от механических примесей и отложений парафина смол.

Аппарат АДС6 генерирует более высокие давления при меньшей продолжительности горения. Эти аппараты целесообразно исполь­ зовать для комбинированного воздействия на пласт — механическо­ го и термогазохимического.

Интересными возможностями обладает «Малогабаритный комплек­ сный аппарат воздействия» МКАВ 42-150/100. Наружный диаметр прибора — 42 мм позволяет осуществлять спуск в скважину через

3 2 7

Рис. 184. Пороховые генераторы давления одноимпульсного (а) и цикличес­ кого (б) действия [по данным ОАО «ВНИПИвзрывгеофизика»].

а — ПГД100: 1 — геофизический кабель, 2 — заряд основной, 3 — воспламенитель ВТЗ 200/100,4 — ограничитель, 5 — наконечник, 6 — заряд, 7 — подвеска;

б — ПГДЦ' 1 —-заряды основные, 2 — заряд воспламенительный, 3 — стопоры, 4 — огнепроводный шнур, 5 — геофизический кабель, б — воспламенитель ВТЗ 200/100.

насосно-компрессорные трубы. Прибор совмещает операции вскрытия пласта и обработки прискважинной зоны пласта ПГД. Максимальная мощность интервала вскрываемого и обрабатываемого за 1 спуск — 20 м. Масса ВВ одного кумулятивного заряда до 8 кг, масса ВВ одного по­ рохового заряда — 1100 г. Допускается за один спуск одновременно применять до 20 пороховых зарядов. Совместное воздействие на пласт кумулятивного заряда и пороховых газов способствует более эффек­ тивному воздействию на прискважинную зону пласта.

Генераторы давления корпусные и бескорпусные создают высо­ кие давления в скважине и используются для разрыва пласта. При этом корпусные аппараты целесообразно применять для обработки маломощных пластов, залегающих на небольших глубинах. Ап­ параты ПГДБК рекомендуется использовать для обработки пластов большой мощности, залегающих на значительных глубинах.

Работы с пороховыми генераторами давления требуют специальной подготовки скважины. Намеченный к обработке интервал необходимо

328

дополнительно вскрыть с помощью перфорации. Суммарная плотность прострела должна составлять 30 — 40 отверстий на 1 м. Чтобы исклю­ чить засорение ствола скважины, перфорацию выполняют корпусны­ ми перфораторами. После этого скважину промывают и заполняют раствором, который не засоряет образующиеся трещины: нефтью, хлористым кальцием или технической водой, обработанной поверх­ ностно-активными веществами. Генератор устанавливают выше наме­ ченного интервала обработки на 15— 20 м.

Определить характер и место воздействия пороховых газов на пласт можно путем регистрации изменений теплового поля в сква­ жине. Основано это на следующем. При сгорании пороха выделяе­ мые газы имеют высокую температуру. После образования трещи­ ны промывочная жидкость и газы проникают в пласт. Место куда проникли газы, нагревается и затем прогревает раствор в скважине.

В качестве примера на рис. 185 приведены диаграммы по скв. 34 Вэнга-Яхинского месторождения. В этой скважине сжигание поро­ ховых зарядов производили в интервале перфорации 2672 — 2681 м и в пласт под давлением пороховых газов проникло около 0,2 м3 жид­ кости. Дебит скважины возрос с 0,8 до 125 м3/сут.

На термограмме наибольшее увеличение температуры приурочено к среднему и нижнему участкам пласта в интервале 2674,5 — 2680 м. Увеличение температуры над перфорированным интервалом связа­ но, по всей вероятности, с прорывом пороховых газов через затрубный цемент в каверну в интервале 2677 — 2678 м. Температуру изме-

Рис. 186. Пример контроля за воздействием пороховых газов на пласт [подан­ ным Б. М. Беляева].

1— 4 — последовательные замеры температуры через каждые 2ч после применения ПГД; 5 — интервал перфорации

329

нератор спускается на интервал применения через НКТ, после чего он сжигается в слабоактивной жидкости. После подъема кабеля осу­ ществляется задавливание жидкости через НКТ поверхностными аг­ регатами. По второму варианту генератор также сжигается в сква­ жине в среде активной жидкости, но в отличие от первого, по второ­ му в пласт почти сразу залавливается горячий кислотный раствор.

330