2. Назначение и устройство поршневых и плунжерных насосов.

Прокачку бурового раствора и других жидкостей в циркуляционной системе буровой обеспечивают насосы поршневого или плунжерного типов. Рассмотрим принципиальную схему и принцип действия простейшего насоса – одноцилиндрового, одинарного действия. Разумеется, в практике такой насос, а тем более на буровой, не встречается, однако изучение его устройства и прин­ципа действия поможет изучить более сложный насос.

На рис. 2 приведена принципиальная схема одноцилиндрового поршне­вого приводного насоса простого действия. Детали, отмеченные позициями с 1 по 8, относятся к гидравлической части насоса, а с 10 по 15 – к приводной. Шток насоса 9 служит связующим звеном между приводной и гидравлической частями насоса. Приводная часть обеспечивает преобразование вращательного движения в возвратно-поступательное перемещение поршня или плунжера за счет кривошипно-шатунного механизма.

Рис. 2. Принципиальная схема одноцилиндрового поршневого насоса простого (или одинарного) действия. 1–патрубок входной; 2–клапан всасывающий; 3–крышка клапанной коробки; 4–клапан нагнетательный; 5–патрубок выходной; 6–пневмокомпенсатор; 7–поршень; 8–цилиндр; 9–шток; 10–крейцкопф; 11–шатун; 12–ведущее колесо; 13–криво­шип; 14–ведомое колесо; 15–корпус; 16–приемный резервуар.

3.Способы перфорации скважин, их сравнительная характеристика.

Перфорация скважин. После того как обсадные трубы спущены в скважину и зацементированы, против продуктивной части пласта при помощи перфораторов делают отверстия в экс­плуатационной колонне и цементном камне для соединения про­дуктивной части пласта с забоем скважины. Эта операция назы­вается перфорацией. Применяются различные методы перфора­ции скважин: пулевая, торпедная, кумулятивная и гидропеско­струйная.

Пулевой перфоратор (ПП) представляет собой трубу дли­ной 1 м и диаметром 100 мм, которая заряжается спрессованным порохом и 10 стальными пулями. На каротажном кабеле пулевой перфоратор спускают в скважину, заполненную глинистым рас­твором, устанавливают против заданного интервала продуктив­ного пласта и делают выстрелы. Глубина отверстий в породе не превышает 5-7 см. Многие пули застревают в эксплуатационной колонне, в цементном камне, и только небольшое число их про­бивает колонну и цементный камень. Практически в настоящее время не находит применения.

Торпедный перфоратор (ТП). Торпедная перфорация осу­ществляется аппаратами, спускаемыми на кабеле и стреляющими разрывными снарядами диаметром 22 мм. Аппарат состоит из секций, в каждой из которых имеется по два горизонтальных ствола. Снаряд снабжен детонатором накольного тина. При оста­новке снаряда происходит взрыв внутреннего заряда и растрески­вание окружающей горной породы. Глубина каналов, по данным испытаний, составляет 100-160 мм, диаметр канала 22 мм. На 1 м продуктивной части пласта делается не более четырех отверстий, так как при торпедной перфорации часто происходит разрушение обсадной колонны. Так же. как и пулевая, торпедная перфорация применяется очень ограниченно.

В настоящее время в основном применяют кумулятивную перфорацию (ПК). Кумулятивные перфораторы имеют заряды с конусной выемкой, которые позволяют фокусировать взрывные потоки газов и направлять их с большой скоростью перпендику­лярно к стенкам скважины (рис. 53).

Рис. 53. Схема образования отверстия кумулятивным зарядом: 1 -заряд, 2 - детонатор, 3 - кабель, 4 - зона распространения горе­ния заряда, 5 - металлическая облицовка, 6 - коллектор, 7 - пер­форационное отверстие в коллекторе, 8 - цементный камень, 9 -обсадная труба.

В кумулятивный перфоратор вставляют шашку из спрес­сованного порошкообразного взрывчатого вещества, которая имеет конусную выемку, облицованную металлической плаш­кой.

Кумулятивная перфорация осуществляется стреляющими перфораторами, не имеющими пуль или снарядов. Прострел колонны, цементного камня и породы достигается за счет сфо­кусированного взрыва. Такая фокусировка обусловлена кониче­ской формой поверхности заряда взрывчатого вещества (ВВ), облицованной тонким металлическим покрытием (листовая медь толщиной 0.6 мм). Энергия взрыва в виде гонкого пучка газов - продуктов облицовки - пробивает канал. Кумулятивная струя имеет скорость в головной части до 6-8 км/с и создает давление 3-5 тыс. мПа.

При выстреле кумулятивным зарядом в колонне и цемент­ном камне образуется узкий перфорационный канал глубиной до 350 мм и диаметром в средней части 8-14 мм. Все кумулятив­ные перфораторы имеют горизонтально расположенные заряды и разделяются на корпусные и бескорпусные. Корпусные перфо­раторы после их перезаряда используются многократно. Бескор­пусные - одноразового действия. В кумулятивных перфораторах выстрелы производят замыканием электрической цепи в установ­ке. За один спуск делают 10-12 выстрелов. Для бескорнусных перфораторов кумулятивные заряды делают в стеклянных или пластмассовых оболочках и устанавливают в круглые сквозные отверстия алюминиевой ленты.

Бескорпусные перфораторы спускают в скважину на каро­тажном кабеле. При выстреле стеклянные пли пластмассовые оболочки полностью разрушаются. Бескорпусные перфораторы позволяют значительно увеличить массу кумулятивных зарядов и, следовательно, их пробивную способность.

В настоящее время применяются малогабаритные кумуля­тивные перфораторы, позволяющие перфорировать скважины че­рез насосно-компрсссорные трубы. Максимальная толщина вскрываемого интервала кумулятивным перфоратором достига­ет 30 м.

Рис. 54. Гидропескоструйный перфоратор: 1 - хвостовик-перо, 2 - корпус, 3 - шариковый кла­пан, 4 - держатель насадок, 5 -насадка, 6 - заглушка

На нефтяных промыслах применяют также гидропеско­струйный перфоратор (ГПП). Гидропескоструйный перфоратор (рис. 54) состоит из толстостен­ного корпуса, в который ввинчи­вается до десяти насадок из аб­разивно-стойкого материала (ке­рамики, твердых сплавов) диа­метрами отверстий 3-6 мм. Гид­ропескоструйный перфоратор спускают в скважину на насосно-компрессорных трубах. Перед проведением перфорации сква­жины с поверхности в НКТ бро­сают шар, который перекрывает сквозное отверстие перфоратора. После этого с помощью насосных агрегатов АН-500 или АН-700 че­рез НКТ в скважину закачивают жидкость с песком. Нагнетаемая жидкость с песком выходит толь­ко через насадки. Концентрация песка в жидкости обычно состав­ляет 80-100 кг/м³, диаметр частиц кварцевого песка 0,3-0,8 мм. При выходе из насадок развиваются огромные скорости абразивной струи. В результате за короткое время пробиваются отверстия в обсадных трубах, цементном кам­не и породе, ствол скважины соединяется с продуктивным пла­стом. В зависимости от диаметра насадок, их числа и скорости закачки жидкости глубина перфорационных отверстий дости­гает 40-60 см. При этом сохраняется герметичность цементно­го камня за колонной.

При гидропескоструйной перфорации на устье скважины создается давление до 40 мПа. Темп прокачки жидкости с песком составляет 3-4 л/с на одну насадку. При этом объемная скорость струи в насадке достигает 200-300 м³/сут, а перепад давления 18-22 мПа. Продолжительность перфорации одного интервала - 15-20 минут. По окончании пер­форации заданного интервала перфоратор поднимают и устанавли­вают на следующий интервал, и операция повторяется.

Гидропескоструйный перфоратор применяют и для выпол­нения других работ в скважинах: срезание обсадных насосно-компрессорных и бурильных труб и извлечение их из скважины по частям; разрушение цементного стакана и твердых песчано-глинистых пробок в скважине, проведение щелевой разгрузки пласта и т.д. На промыслах в основном применяют кумулятив­ную перфорацию из-за сравнительно низкой стоимости по срав­нению с гидропескоструйной перфорацией и простоты проведе­ния. Высокая стоимость гидропескоструйной перфорации объяс­няется необходимостью проведения дополнительных спуско-подъемных операций с предварительным глушением скважин глинистым раствором или высокоминерализованной пластовой водой, установкой противовыбросового оборудования и т.д.