Глава IV

ПРОСТРЕЛОЧНО-ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ В СКВАЖИНАХ

Прострелочно-взрывные работы (ПВР) в скважинах применяют для решения многих задач.

1. В процессе бурения скважин—при отборе образцов горных по­род, а также с целью предупреждения и ликвидации аварий.

2. После окончания бурения и обсадки ствола скважины—для пер­форации эксплуатационной колонны.

3. В процессе эксплуатации скважин—с целью интенсификации при­токов пластовых жидкостей и газов; установки разобщающих мостов для изоляции разных по характеру насыщения участков скважин.

4. После выполнения скважиной своего назначения энергию взрыва используют для перерезания обсадных и насосно-компрессорных труб при извлечении их из скважины.

В

Рис. 29. Средства взрывания

В 3, а от него—бризантное ВВ 4. При ПВР в скважинах широкое применение получили термостойкие электродетонаторы ТЭД-165, ТЭД- 200, ТЭД-250 (цифрами показана максимальная температура, при кото­рой можно применять электродетонатор).

Взрыв-патроны, кроме капсюля-детонатора и электровоспламените­ля, для усиления начального импульса содержат шашку высокобризант­ного ВВ. Применяются два типа взрыв-патронов: бескорпусные и кор­пусные. Взрыв-патроны первого типа предназначены для использования в корпусных ПВА. Наибольшее распространение получил взрыв-патрон предохранительного действия ПВПД (рис. 29,в), состоящий из корпуса с окном 2, в котором размещены электродетонатор ТЭД 1, промежуточ­ный детонатор 3 и втулка 4 с гнездом для детонирующего шнура. Расстояние от электродетонатора до промежуточного детонатора подо­брано так, что взрыв первого вызывает надежное срабатывание второго только в том случае, если промежуток между ними заполнен воздухом. Если в ПВА проникнет ПЖ, то она через окно попадает внутрь ПВПД, что помешает срабатыванию промежуточного детонатора; тем самым устраняется возможность подрыва детонирующего шнура и зарядов. Корпусные взрывпатроны представляют собой впрессованные в цилинд­рический металлический корпус электродетонатор и бризантное ВВ. Чтобы стенки взрыв-патрона значительно не ослабляли ударную волну, его дно, опирающееся на детонирующий шнур, делаются тонким.

Детонирующий шнур применяется при ПВР как средство подрыва группы зарядов, а также как самостоятельный заряд. Наиболее широко используется детонирующий шнур ДШВ, состоящий из сердцевины — бризантного ВВ, заключенного сначала в хлопчато-бумажную оболочку, а затем во внешнюю изолирующую водонепроницаемую оболочку. ДШВ срабатывает от всех средств взрывания. От огня и искры загорает­ся с трудом, горит спокойно, без вспышек и быстро затухает.

Для подрыва зарядов в корпусных ПВА применяют таолеточпыс детонирующие шнуры ДШТ и термостойкие таблеточные детониру­ющие шнуры ДШТТ. Шнуры этих типов состоят из шашек прессованных ВВ, заключенных в изолирующую оболочку.

§ 24. Перфорация скважин

В подавляющем большинстве случаев применяют кумулятивную пер­форацию обсадных колонн. Заряд кумулятивного перфоратора (рис. 30) состоит из шашки бризантного ВВ конусообразной цилиндрической формы 3 (основной заряд), дополнительного заряда 2, корпуса 4. В шаш­ке ВВ имеется конусообразная (или полусферическая) выемка 5, об­лицованная тонким слоем металла. В корпусе со стороны детонатора имеется отверстие 1 для установки детонирующего шнура. При взрыве кумулятивного заряда под действием раскаленных газов и давления, достигающего тысяч и десятков тысяч МПа, материал облицовки пере­ходит в текучее состояние и формируется в тонкую металлическую струю высокой плотности, с огромной скоростью выбрасываемую из заряда в направлении, совпадающем с его осью. Струя прожигает на своем пути обсадную колонну, цементный камень и породу на глубину до 20 см. Кумулятивные перфораторы по способу герметизации зарядов делятся на две большие группы: корпусные, в которых заряды и средства взрывания заключены в общую герметичную оболочку, и бескорпусные перфораторы: в них каждый заряд помещен в индивидуальную гер­метизирующую оболочку.

Корпусные перфораторы подразделяются на перфораторы много­кратного использования, не разрушающиеся при взрыве, и однократного применения с частично или полностью разрушающимся корпусом. Кро­ме того, по способу доставки в интервал прострела корпусные пер­фораторы подразделяются на кабельные перфораторы и перфораторы, спускаемые в скважину на НКТ.

В корпусных перфораторах многократного использования ПК (рис. 31) заряды 5 помещены в массивный герметичный стальной корпус

4. в стенках которого имеются сквозные отверстия для выхода кумуля­тивных струй. Сверху в корпус ввинчивается головка 3, снизу—наконеч­ник 11; места соединений герметизируются резиновыми уплотнитель­ными кольцами 12. Электрическое соединение перфоратора с кабелем осуществляется при помощи электроввод^ 2, механическое—путем сви­нчивания головки с кабельным наконечником 1.

Заряды корпусных перфораторов представляют собой прессованную шашку ВВ с конической медной облицовкой, помещенную в литую бумажную оболочку. Заряды выпускают различной термостойкости — 150, 180, 200° С. Заряды расположены перпендикулярно к оси корпуса и крепятся в нем так, чтобы выемки зарядов находились на одной оси с отверстиями в стенках корпуса. Отверстия герметизируют обычно прочными опорными дисками и резиновыми уплотняющими пробками 6. Для того, чтобы перфорируемый интервал был прострелян

Рис. 30. Устройство кумуля­тивного заряда

Р ис. 31. Устройство корпус­ного перфоратора много­кратного использования

равномерно, оси соседних зарядов развернуты относительно друг друга на 90°. Подрыв зарядов производится от детонирующего шнура 7.

Во время спуска перфоратора в интервал перфорации в его корпус может попасть буровой раствор, и при этом в жидкой среде оказаться только часть зарядов. Тогда при взрыве ударная волна, распространяясь 74

по жидкости от зарядов к стенке перфоратора, деформирует и запрессует его в обсадную колонну. Чтобы исключить в подобных случаях возмож­ность срабатывания зарядов, взрыв-патрон 9 предохранительного дейст­вия помещают в нижнюю часть перфоратора, устанавливая на монтаж­ном диске J0': Электрический сигнал для срабатывания взрыв-патрона поступает по электропроводу 8.

В зависимости от конструкции и качества корпуса перфораторы выдерживают от 10 до 50 залпов. Перфораторы многократного исполь­зования имеют маркировку: ПК-105, ПК-85 и т. д., где цифра—диаметр перфоратора. При обозначении зарядов добавляется буква 3; например, ЗПК-105, ЗПК-85.

В корпусных перфораторах однократного использования ПКО (ПКО- 89, ПКО-73 и др.) корпусом является сплошная стальная труба, которая при'подрыве прожигается кумулятивной струей. Заряды в перфораторах крепятся на ленте и имеют такое же устройство как и заряды к перфорато­рам ПК. Различие между ними заключается в размерах и конфигурации оболочки, приспособленной для крепления на ленте. Перфораторы ПКО по сравнению с перфораторами ПК при меньшем диаметре могут иметь одинаковые или даже более мощные заряды. Кроме того, перфораторы этого типа можно подсоединять друг к другу, что позволяет за один спуск в скважину простреливать интервал значительной протяженности.

Для работы скважинах с повышенным давлением (до 120 МПа) применяют перфораторы однократного использования ПКОТ. В тонко­стенный корпус ПКОТа вставляется толстостенная опорная труба, восп­ринимающая гидростатическое давление. Тем самым корпус перфорато­ра разгружается от сминающих напряжений. Опорная труба служит также каркасом для установки зарядов.

Для вскрытия пластов на значительных глубинах при давлении до 150 МПа применяют перфораторы однократного использования ПКОС. Тонкостенный стальной корпус перфоратора для противодействия высо­кому внешнему давлению снабжен внутренними массивными опорными втулками (секциями). Под действием внешнего давления корпус дефор­мируется без разрушения, плотно охватывая опорные втулки и пере­давая им основную нагрузку. Заряды устанавливаются в торцевых рас­точках втулок.

Для простреливания бурильных труб с целью восстановления цир­куляции ПЖ в скважине предназначены малогабаритные секционные перфораторы однократного использования ПКОС-36, ПКОС-32. В пер­фораторах этого типа заряды размещены в одной плоскости и направ­лены в противоположные стороны под углом 45° к продольной оси перфоратора, что позволяет увеличить размеры зарядов и улучшить условия образования кумулятивной струи. Благодаря такому располо­жению зарядов обеспечивается не только прострел стенки бурильной трубы, но и образование отверстий большого диаметра, что облегчает восстановление циркуляции ПЖ.

Корпусные кумулятивные перфораторы однократного использова­ния ПНКТ спускаются в скважину на насосно-компрессорных трубах.

Рис. 32. Устройство перфоратора ПНКТ

В перфораторах ПНКТ в качестве средства взрывания применяют капсюль-детонатор накольного типа, и инициирование зарядов про­исходит сверху вниз. Перфоратор (рис. 32) состоит из корпуса 22, головки 17 и наконечника 27. К НКТ перфоратор подсоединяется с помощью муфты-переходника 1. Составные части перфоратора со- 76 членены резьбовыми соединениями, герметизируемыми уплотнительны­ми резиновыми кольцами 10, 13. Заряды 23 крепятся с помощью втулок 24. После установки перфоратора в заданном интервале скважины внутрь колонны НКТ вводят резиновый шар 2 и одновременно залива­ют порцию жидкости, вместе с которой шар проталкивается к перфора­тору. Двигаясь в НКТ шар достигает седла 3 штока 4 и толкает шток вниз, который давит на распорную втулку 9, срезая при этом чеки 5, 8. Втулка, перемещаясь вниз, освобождает шарики 7; ударник 11, освобож­даясь от зацепления с корпусом взрывного устройства 12, устремляется вниз и жалом бойка 16 пробивает капсюль-детонатор 19. От взрыва капсюля-детонатора срабатывают шашки ВВ 20 в устройстве иницииро­вания 18, а от них детонирующий шнур 21 и заряды.

Образующиеся в результате взрыва детонирующего шнура и зарядов верхней секции раскаленные газы устремляются через сужающийся ка­нал переходника 25 к устройству передачи детонации УПД 26, позволя­ющему передавать детонацию из одной секции перфоратора в другую и расположенному в начале следующей секции, и вызывают его сраба­тывание. От УПД детонирует детонирующий шнур и группа кумулятив­ных зарядов второй секции и т. д. Шар, протолкнув шток вниз до упора седла в стопорную гайку 6, располагается ниже боковых отверстий в корпусе перфоратора, не препятствуя циркуляции через них в скважине ПЖ или пластовых флюидов. Тем самым сразу же после прострела создаются условия для нормальной эксплуатации скважины без выпол­нения каких-либо дополнительных операций.

Чтобы обеспечить безопасность при разрядке не сработавшего из-за отказа капсюля-детонатора перфоратора, ударник и боек выполнены отдельными узлами, соединенными друг с другом при помощи чеки 14 и шариков 15. При движении ударника вниз шарики освобождают боек и ударник от сцепления. После упора бойка в нижнем конце корпуса 12 ударник, срезая чеку 14, продвигается ниже, оттесняя капсюль-детонатор от жала бойка.

Основным достоинством перфораторов ПНКТ является то, что к ра­ботам по вызову притока из пласта можно приступать сразу же после перфорации, не извлекая перфоратор из скважины; ПНКТ можно приме­нять в скважинах с большим углом наклона, за один спуск можно прострелять интервал значительной протяженности (до 50 м).

В бескорпусных кумулятивных перфораторах заряды заключены в индивидуальные герметичные оболочки, которые воспринимают на­ружное гидростатическое давление. Взрыв зарядов возбуждается с помо­щью детонирующего шнура, также имеющего герметичную оболочку, и герметичного взрыв-патрона. Для того, чтобы в случае затухания детонации можно было извлекать верхние¹ несработавшие заряды, взрыв-патрон устанавливают в нижней части перфоратора.

Применяется два типа бескорпусных перфораторов: с извлекаемыми и разрушающимися каркасами.

К перфораторам с извлекаемыми каркасами относятся перфораторы ПКС (рис. 33). Заряды перфораторов 4 заключены в герметичные

Рис. 33. Устройство перфоратора ПКС

ситалловые оболочки (особо прочное закристаллизованное стекло) и закреплены на стальной ленте 3. Лента при взрыве зарядов не разрушается, а лишь слегка деформируется и вместе с головкой

2. соединенной с кабельным наконечником / и грузом извлекается на поверхность. Для приведения в действие перфоратора по эле­ктропроводу 6 к взрыв-патрону 7 подают электрический ток; от 78

взрыв-патрона срабатывает детонирующий шнур j, a ui mci и мртда. Ситалловые оболочки при взрыве разрушаются, хфевращаясь в порошок или мелкие осколки, легко удаляемые из скважины при промывке.

К перфораторам с полностью разрушающимися каркасами относят­ся перфораторы типа КПРУ, ПР, ПРК. В перфораторах этих типов заряды заключены в герметичные оболочки из алюминиевых сплавов и соединены в гирлянду с помощью алюминиевых полуобойм, скреплен­ных между собой. Гирлянда зарядов прикреплена к стальной перфора­торной головке, которая подсоединяется к кабельному наконечнику. Головка одновременно выполняет роль груза.

Кроме кумулятивных существует еще один тип стреляющих пер- . фораторов—пулевые перфораторы. Их принцип действия аналогичен принципу действия огнестрельного оружия—пули выстреливают из стволов перфоратора под действием давления пороховых газов, образу­ющихся при сгорании пороховых зарядов. В настоящее время из-за низкой производительности пулевые перфораторы практически не при­меняются.

В ряде случаев для перфорации эксплуатационных колонн применя­ют сверлящие перфораторы. Их устройство и принцип действия анало­гичны устройству и принципу действия сверлящего керноотборника.