Прострелочно–взрывные работы и опробование скважин в открытом стволе

Основные виды работ:

- перфорация;

- отбор образцов пород грунтоносами

- торпедирование

- опробование пластов на кабеле

Перфорация

Это специальные работы в скважинах для образования отверстий в обсадных трубах и цементном камне продуктивного пласта с целью извлечения через эти отверстия нефти и газа или нагнетание воды в продуктивные горизонты. Операции проводятся с помощью специальных скважинных приборов (аппаратов) – перфораторов. Последние подразделяются на кумулятивные (посредством взрыва) и пулевые (также посредством взрыва, только с несущей пулей или ядром).

Кумулятивная перфорация получила наибольшее распространение. Ее сущность в создании кумулятивной струи с помощью кумулятивного заряда (рис. 81).

В кумулятивном заряде первоначально взрывается детонатор. Далее образуется волна детонации. Металл воронки начинает течь как жидкость и до 20-30 % попадает в кумулятивную струю, скорость которой достигает 6-8км/с. Струя оказывает давление до 10¹⁰ Паскалей (Па) на преграду и проникает в нее на определенную глубину.

Кумулятивные заряды в корпусе располагаются, как правило, перпендикулярно к его оси. Корпусы разделяются (бывают) многократного и однократного использования. Кумулятивные заряды располагают по оси прибора на расстоянии 5–8 см (при взрыве одного заряда не должно быть вызвано детонации соседнего заряда). Для получения равномерной перфорационной сетки оси соседних зарядов смещаются друг относительно друга на угол 90 или 120⁰. Заряды взрывают группами при помощи детонирующего шнура практически мгновенно (скорость взрыва 6000-7000м/с).

Рис. 81. Кумулятивный заряд (а) и схема образования кумулятивной струи (б)

а: 1 – корпус, 2 – взрывчатое вещество, 3 – металлическая воронка, 4 – детонатор;

б: 1-6 – последовательные стадии образования кумулятивной струи: I-III – области заряда, на границах которых скорость движения продуктов взрыва равна нулю, П – пест, V_с и V_п – соответственно скорости кумулятивной струи и песта, К – колонна, Ц – цемент, l_к и l_с – длины соответственно кумулятивной струи и пробитого канала; стрелками показано направление движения продуктов взрыва

Перфораторы многократного использования изготавливаются из высокопрочных сталей и выдерживают от 10 до 50 залпов. Корпусы кумулятивных перфораторов однократного использования изготавливаются из хрупких материалов. Их преимущество в большей, по сравнению с другими конструкциями, мощности и не происходит загрязнения забоя и заклинивания после отстрела (ленты, груз и головка поднимаются на поверхность).

Действие пулевых перфораторов основано на метании пуль по принципу огнестрельного оружия за счет энергии расширения пороховых газов.

Отбор образцов пород грунтоносами

Образцы горных пород, пробы жидкости и газа отбирают из пластов, вскрытых скважиной, с целью получения данных о литологии и коллекторских свойствах пород, водо-, нефте- и газонасыщении пластов. Эти данные позволяют сделать оперативное заключение о целесообразности опробования отдельных пластов в разведочных скважинах, получить дополнительные сведения о пористости, проницаемости пород, о положении водонефтяного контакта в эксплуатационных скважинах. Методы основаны на отборе образцов из стенок скважины при помощи стреляющих и сверлящих грунтоносов, опускаемых в скважину на каротажном кабеле. Работы по отбору пород проводят после исследования разрезов скважин геофизическими методами, по данным которых намечают наиболее интересные участки скважины для отбора пород боковыми грунтоносами.

Стреляющий грунтонос - стальной стержень с пороховыми каморами над которыми располагаются стволы (рис. 82). В каморы помещаются пороховые заряды, а в стволы – полые цилиндрические бойки из прочной стали, которые крепятся к корпусу стальными тросиками. После установки грунтоноса в нужном интервале разреза скважины на электровоспламенитель подается ток. Пороховой заряд взрывается и под действием взрыва боек с пятой внедряется в стенку скважины. При подъеме грунтоноса стальной тросик извлекает боек из стенки скважины вместе с образцом. Метод «работает» в относительно мягких (рыхлые пески, мучнистые известняки, глины, угли) породах. Наполняется только 50–60% бойков (остальные извлекаются пустыми).

Рис. 82. Схема бокового стреляющего грунтоноса

1 — корпус; 2 — боек; 3 — электро-воспламенитель; 4 — порох; 5 – тросик; 6 – ствол; 7 – порода; 8 - скважина

От источника тока на по-

Сверлящий грунтонос – агрегат из электрической, гидравлической и механической систем. Он представляет собой микробур с реверсивным электродвигателем, который оборудован на прижимный лапе. Сверление осуществляется перпендикулярно к оси скважины. После окончания цикла выбуривания образца меняют направление вращения двигателя. Бур выходит из стенки скважины и занимает свое исходное положение. Образец породы попадает в приёмную кассету. За один спуск можно отбирать 5-15 образцов. Наибольший эффект достигается в плотных породах. Сложный отбор возникает при наличии на стенках скважины толстой глинистой корки.

Торпедирование

Торпедирование это система специальных взрывных работ в скважине при помощи торпед с целью:

а) освобождения и отрыва прихваченных бурильных труб;

б) разрушения металла на забое или в стволе скважины;

в) очистки фильтров и интервалов перфорации и т.д.

Торпеды разделяются на фугасные (заряд из цилиндрических шашек взрывчатых веществ (ВВ) и кумулятивные(действие взрыва за счет кумулятивных зарядов).

Спуск торпед в скважину осуществляется на каротажном кабеле с грузом, расположенным над торпедой, что позволяет его извлекать из скважины после взрыва.

Опробование пластов приборами на кабеле (ОПК)

ОПК – метод прямого опробования нефтегазовых пластов в отдельных точках ствола скважины. Сущность метода в создании полной изоляции продуктивного интервала или отдельного пласта от действия бурового раствора с последующим наблюдением за этим интервалом посредством исследований на предмет наличия флюидов и их свойств.

Опробователи пластов содержат герметизирующие, прижимные и перфорационные устройства. Последовательность операций:

а) изоляция участка отбора;

б) создание дренажного канала;

в) вызов притока флюида;

г) уравнивание давления после отбора пробы.

ОПК предусматриваются отбор проб пластовых флюидов и их подъем в герметизированных стаканах на поверхность. ОПК имеют малую глубинность ≤ 15 см. Поэтому исследования желательно выполнять до «искажения» призобойной зоны проникновением фильтрата промывочной жидкости. Особый интерес данные ОПК представляют при неоднозначной интерпретации результатов каротажа.

Наряду с ОПК существуют испытатели пластов на трубах (комплект испытательных инструментов КИИ). Преимущества перед ОПК: большие толщины интервалов опробования с подъёмом отбираемых из пластов флюидов.

Н а угольных месторождениях ОПК применяются для изучения газоносности и решения гидрогеологических задач на всех стадиях (поиски, оценка, разведка).

Исследование пластов выполняется поточечно. Первоначально на заданной глубине изолируется от ствола скважины его небольшой участок. После этого вызывается приток жидкости или газа путем создания перепада давления между анализируемым пластом и емкостью ОПК. Пробу внутри ОПК герметизируют и выносят на поверхность с предварительной регистрацией заполнения емкостной камеры и изменения давления в ней. На дневной поверхности пробу из балона ОПК перемещают через специальное отверстие в соответствующую емкость и направляют в лабораторию для анализа.

В ОПК, предназначенных для исследования угольных и гидрогеологических скважин (тип ОПГ и ОПУ), используется электропривод (рис. 81).

Рис. 81. Принципиальная схема ОПГ – 4-7

1 – электродвигатель, 2- редуктор, 3 - винтовая пара,

4 – управляющий шток, 5 – амортизатор, 6 – пружина, 7 – опора рычага, 8 – ось, 9 - клапан, 10 прижимное устройство, 11 – рычаг прижимного устройства, 12 – клапан, 13 – защитная втулка, 14 – пружина, 15 – пробосборник, 16 – преобразователь давления, 17 – башмак

ОПГ-4-7 включает реверсивный электродвигатель, который через редуктор и винтовую пару перемещает вниз управляющий шток. Последний открывает прижимное устройство и после прижима башмака к стенке скважины закрывается специальный клапан, сообщая пробосборник с участком опробования. После завершения операции задают вращение электродвигателя в обратную сторону. Управляющий шток поступает в прежнее положение, закрывая клапан пробосборника и убирая прижимное устройство. В результате полость отбора соединяется со стволом скважины.