Раздел 4

4.1 Теоретические основы метода

Геофизическое производство при обслуживании нефтяных и газовых скважин выполняет ряд операций, связанных с прострелочными и взрывными работами в скважинах, поскольку выбор объектов для опробования и вскрытие пластов основаны на данных ГИС по геологическому изуче­нию разрезов скважин и их технического состояния. Кроме того, при прострелочно-взрывных ра­ботах и при изучении разрезов скважин геофизическими методами используется одно и то же обо­рудование.

Прострелочные работы в скважинах предусматривают:

• перфорацию обсадных колонн и цемента для вскрытия нефтяных, газовых и водоносных пластов;

• срезание в скважинах колонн и труб с целью их извлечения;

• отбор образцов горных пород в необсаженных скважинах;

• отбор проб пластовых жидкостей и газов опробователями пластов.

Взрывные работы в скважинах проводятся для следующих целей:

• повышение продуктивности эксплуатационных скважин или увеличение прие­мистости нагнетательных скважин;

• разобщения пластов;

• очистки фильтров;

• освобождения и извлечения труб из скважин при авариях;

• борьбы с поглощением промывочной жидкости при бурении;

• ликвидации открытых фонтанов и тушении пожаров на скважинах и др.

Перфорация

После окончания бурения в скважину, как правило, опускают одну или несколько обсадных колонн и производят цементирование затрубного пространства. Спуск обсадной колонны и после­дующее ее цементирование преследуют главную цель - укрепление ствола скважины и разобщение пластов, содержащих нефть, газ, воду.

Вскрытие пластов, намеченных к опробованию или разработке по данным ГИС, осуществ­ляется с помощью стреляющих аппаратов - перфораторов. Процесс образования отверстий в об­садных трубах, цементе и горных породах называется перфорацией скважин. Для перфорации скважин используются кумулятивные перфораторы. Тип перфоратора и плотность перфорацион­ных отверстий на 1 погонный метр длины скважины определяются конструкцией скважины и литологией коллектора.

Наибольшее распространение получила кумулятивная перфорация. Кумулятивные перфора­торы отличаются от пулевых размерами, конструкцией, мощностью и производительностью заря­да. Кумулятивный заряд перфоратора состоит из взрывчатого вещества, промежуточного детона­тора, металлической воронки, облицовывающей кумулятивную выемку, и защитного корпуса (рис.1). В момент взрыва детонатора по кумулятивному заряду распространяется волна детонации, которая движется вдоль оси заряда к основанию кумулятивной выемки, и продукты взрыва сжи­мают металлическую воронку. В заряде возникают очень большие давления, и газообразная метал­лическая струя со скоростью 6-8 км/с выбрасывается вдоль оси выемки. Кумулятивная струя ока­зывает на преграду давление порядка 10¹⁰ Па, глубоко проникает в нее и создает канал значитель­ной длины. Для формирования кумулятивной струи и эффективного действия заряда необходимо, чтобы кумулятивная выемка и часть пространства перед ней не были заполнены жидкостью или твердой фазой.

Глубина канала, пробитого в преграде, зависит от плотности, механических свойств мате­риала и обсадной колонны, гидростатического, горного и пластового давлений, окружающей тем­пературы и других факторов.

Рис. 1. Кумулятивный заряд (а) и схема его действия на преграду (б) – образование кумулятивной струи.

По способу герметизации зарядов кумулятивные перфораторы подразделяются на две груп­пы - корпусные и бескорпусные.

К корпусным кумулятивным перфораторам относятся перфораторы многократного и одно­кратного действия. В корпусных кумулятивных перфораторах заряды, детонирующий шнур и взрывной патрон смонтированы в стальном герметичном корпусе, который воспринимает гидро­статическое давление и действие ударной волны во время производства взрыва. Корпус кумуля­тивного перфоратора изготавливают из высокопрочной хромоникельмолибденовой стали, а голов­ку и наконечник - из прочной хромистой стали. Детали перфоратора предварительно термически обрабатываются. Кумулятивные перфораторы многократного действия выдерживают от 10 до 50 залпов.

Кумулятивные корпусные перфораторы однократного действия типа ПКО и ПКОТ рассчитаны на разовое использование: по­сле отстрела их корпуса не пригодны для повторного использования.

Бескорпусные кумулятивные перфораторы представляют собой гирлянду из отдельных кумулятивных зарядов, каждый из которых заключен в герметичную оболочку и воспринимает внешнее гидростатическое давление. При выстреле оболочки зарядов разрушаются.

Существуют ленточные кумулятивные перфораторы типа ПКС. Они состоят из кабельной головки, металлических лент с размещенными в них герметичными кумулятивными зарядами, де­тонирующего шнура, взрывного патрона и чугунного груза. Заряды запрессованы в стеклянные или ситалловые оболочки.

Пробивная способность бескорпусных перфораторов типов ПКС, меньше чем КПРУ и кор­пусных однократного использования типов ПКО, ПКОТ и выше, чем у корпусных перфораторов многократного использования типа ПК.

Торпедирование

Производство взрыва в скважине называется торпедированием, а подготовленный для взрыва в скважине заряд взрывчатого вещества - торпедой. Торпеда состоит из взрывчатого веще­ства и средств взрывания - электродетонатора и шашки высокобризантного взрывчатого вещества, усиливающего начальный импульс детонации.

Как уже указывалось, торпедирование скважин проводится с целью увеличения дебита или приемистости пластов, ликвидации аварий, извлечения обсадных колонн, разрушения металла на забое, очистки фильтров и т.д.

Различают фугасные и кумулятивные торпеды. Фугасные торпеды типов ТШ и ТШТ имеют негерметичный тонкостенный корпус из алюминия. В корпусе помещаются заряд из цилиндриче­ских шашек ВВ, контактирующий с промывочной жидкостью, и в герметичной оболочке - взрыв- патрон. На торпеде устанавливается груз, который извлекается из скважины после взрыва. Торпе­ды из детонирующего шнура ТДШ состоят из головки и груза, соединенных между собой тросом или геофизическим кабелем, к которому крепится заряд, взрываемый электродетонатором.

Кумулятивные торпеды осевого действия характеризуются направленным взрывом. Приме­няются кумулятивные осевые торпеды типа ТКО и кумулятивные труборезы типа ТРК.

Основная задача торпедирования при вскрытии пласта - создание в нем трещин большой протяженности. Для этой цели применяют фугасные заряды. Для максимального увеличения при­тока флюида в твердых породах используют взрывы больших зарядов.

При бурении скважин нередко на забое оставляют долота, шарошки и другие металлические предметы. Эти аварийные ситуации должны быть ликвидированы. Наибольший эффект по ликви­дации подобных аварий достигается с помощью взрывных работ. Обычно для этих целей применя­ется торпеда типа ТКО, содержащая кумулятивный заряд. Образующаяся при взрыве кумулятив­ная струя разрушает находящийся на забое металлический предмет. Эта операция может повто­ряться несколько раз до полного разрушения металла.

При проведении ПВР в качестве метода привязки и контроля интервалов прострела приме­няется локатор муфт, и гамма-метод для точной привязки по скважине интервала ПВР к разрезу скважины.

Вопросы:

1. Чем определяется плотность перфорационных отверстий?

2. Какое ВВ используется в кумулятивных перфораторах?

3. Из чего изготавливают корпус кумулятивного перфоратора?

4. Чем характеризуются торпеды осевого действия?

5. Какова основная задача торпедирования при вскрытии пласта?

Выписка из Технического проекта на проведение прострелочно-взрывных работ в скважинах: