книги из ГПНТБ / Беляев Б.М. Торпедирование скважин большими зарядами взрывчатого вещества
.pdf
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМИТЕТ
СОВЕТА МИНИСТРОВ РСФСР
----------------
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВ LTFJjbgiWlH «НСЙ.ИТУ1Г НАУЧНОЙ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ИЧФОГШПИИ'-
ГПНТЕ. СССР
............ ■ , —
Б. М. БЕЛЯЕВ
ТОРПЕДИРОВАНИЕ СКВАЖИН БОЛЬШИМИ ЗАРЯДАМИ ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА
ГОСИНТИ
МОСКВА— 1960 г.
В брошюре описана технология торпедирования скважин большими зарядами взрывчатого вещества (ВВ) и дан краткий обзор получаемых при этом ре зультатов; рассмотрены вопросы, связанные с действи ем взрыва в горной породе, образованием при взрыве трещин и каверн; приведены рекомендации по выбору скважины и интервалов для торпедирования; дано описание конструкции торпеды с большим зарядом ВВ и вспомогательной аппаратуры, применяемой при тор педировании.
Кратко рассмотрены возможности сочетания торпе дирования с другими методами воздействия на пласт, а также направление дальнейших работ в области исяользования ВВ для нужд нефтяной и газовой про мышленности.
НА^ЧН-ТЕХН^ЧЕСКАЯ[
БИБЛИОТЕКА I
д/
ВВЕДЕНИЕ
Торпедирование скважин с использованием больших зарядов
взрывчатого вещества для увеличения притока нефти и газа, а также для повышения приемистости пласта (поглощения воды) не является новым методом воздействия на пласт. В разное время, на чиная с 30-х годов, на промыслах Советского Союза проводились подобные работы, правда в ограниченном масштабе. Массового распространения торпедирование большими зарядами не получило, так как нефтесодержащими породами основных в то время место рождений страны (Баку и Грозного) являлись пески и песчаники с высокой проницаемостью и малой механической прочностью.
На общей оценке эффективности торпедирования отрицатель но сказались отсутствие единой методики проведения взрывных работ, разнообразие применявшихся ВВ и конструкций торпед (не всегда удачных из-за наличия стального корпуса), а также отсутствие простого и надежного способа защиты колонны обсад ных труб вне зоны взрыва от повреждений. Очистка скважин после торпедирования отнимала много времени, а в ряде случаев была вообще невозможна ввиду наличия в скважине стальных оскол ков торпед.
Приведенные причины тормозили применение больших зарядов ВВ для торпедирования скважин, а среди работников нефтяной промышленности довольно широко распространилось мнение с торпедировании как о последнем средстве в освоении «трудных»
скважин перед их ликвидацией.
В то же время за рубежом, в частности в США и Англии, тор педирование скважин большими зарядами ВВ осуществлялось до вольно широко и до появления метода гидравлического разрыва пласта являлось основным методом вскрытия пластов, сложенных плотными и малопроницаемыми породами.
О масштабах торпедирования в США можно судить уже по
тому, что только на востоке месторождения Кентукки за период с
1921 по 1931 г. было торпедировано 3207 скважин. Наряду с тор педированием за рубежом широко проводились теоретические и
экспериментальные работы по изучению напряжений, возникающих в горной породе при взрыве, по распределению трещин при взры ве п выбору наиболее рационального метода заканчивания сква жин.
Открытие в последнее время в Советском Союзе месторождений нефти и газа, продуктивные пласты которых представлены плот ными малопроницаемыми породами, заставило пересмотреть оцен ку применимости метода торпедирования большими зарядами ВВ
внашей стране.
В1955—1956 гг. на разведочных скважинах Западной Сибири были проведены первые опытные работы по торпедированию с ис пользованием больших зарядов ВВ, показавшие эффективность данного метода воздействия на пласт. Была выработана единая методика работ с большими зарядами ВВ, испытаны конструкции торпед и другой вспомогательной аппаратуры, проверена эффек тивность способа защиты обсадных труб с помощью цементного моста. Одновременно были получены сведения о характере разру шения горной породы при взрыве. Все это дало возможность в дальнейшем перейти к внедрению метода торпедирования больши ми зарядами ВВ в практику заканчивания скважин.
Необходимо указать, что в дальнейшем термин «большие за
ряды ВВ» в ряде случаев будет опущен, так как все рассматри
ваемые ниже вопросы относятся к торпедированию скважин боль
шими зарядами ВВ.
ГЛАВА /
ЯВЛЕНИЯ,
ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ТОРПЕДИРОВАНИИ СКВАЖИН
1. Понятие о взрыве и свойствах В В
Взрыв ВВ — это чрезвычайно быстрое химическое превращение вещества, сопровождающееся выделением большого количества тепла и образованием газов, способных производить механическую работу.
Мгновенная химическая реакция, протекающая с выделением
тепла и образованием газов и сопровождающая взрыв, называет ся взрывчатым превращением, а вещества, способные к такому превращению, — взрывчатыми веществами.
Основными характеристиками, определяющими ВВ, являются
скорость взрывчатого превращения, количество выделяющегося тепла и количество образующихся газов. Так как продолжитель ность взрывчатого превращения ВВ измеряется тысячными и мил лионными долями секунды, то развиваемая при взрыве мощность очень высока. Например, мощность, развиваемая при взрыве сфе
рического заряда тротила весом в один килограмм, составляет око ло 55 000 000 л. с.
Скорость взрывчатого превращения определяется толщиной
слоя ВВ, в котором в единицу времени происходит взрывчатое превращение. Для различных ВВ скорость взрывчатого превраще ния изменяется в пределах от долей миллиметра (горение порохов
II ВВ) до тысяч метров в секунду (взрыв).
Взрывчатое превращение, протекающее с устойчивой скоростью,
примерно нескольких тысяч метров в секунду, называется детона цией.
Детонация характеризуется следующими факторами: резким
скачком давления, распространяющимся с большой скоростью по
ВВ, сильным дробящим действием и звуковым эффектом.
Скорости детонации ВВ различны и находятся в пределах
1000—9000 м/сек.
Давление, возникающее в детонационной волне, измеряется сот нями тысяч атмосфер.
Теплотой взрывчатого превращения, или теплотой взрыва, на
зывается то количестго тепла, которое выделяется при взрыве од ного килограмма ВВ. Теплота взрыва может быть подсчитана по
разности теплот образования продуктов взрыва и самого ВВ из простых веществ; кроме того, она может быть определена опыт ным путем.
Для большинства ВВ количество тепла, выделяющегося при взрыве одного килограмма, находится в пределах 800—1600 ккал.
Для полной оценки свойств ВВ необходимо также учитывать и такие характеристики, как работоспособность и бризантность ВВ.
Оценка этих характеристик ВВ дается по результатам соответ ствующих испытаний.
Под работоспособностью ВВ подразумевается способность ВВ производить при взрыве механическую работу.
Работоспособность зависит от количества выделяемого тепла,
объема образующихся газов и скорости детонации.
Опытное определение величины работоспособности производит
ся путем замера увеличения объема, образующегося при взрыве определенной навески ВВ в канале свинцовой бомбы.
Разница в объемах канала бомбы до и после взрыва, выражен
ная в кубических сантиметрах, характеризует работоспособность
ВВ.
Бризантностью называется способность ВВ дробить при взры ве соприкасающуюся с ним среду. Бризантность зависит от плот ности В В и скорости детонации.
Опытное определение бризантности производится по пробе на
обжатие свинцовых цилиндриков при взрыве определенного коли чества ВВ. Л1ерой бризантности служит разность высот цилинд рика до и после взрыва.
2. Свойства ВВ,
применяемых в нефтегазодобывающей промышленности
ВВ разделяются на три группы:
1)метательные, или пороха;
2)бризантные;
3)инициирующие.
Поскольку для торпедирования скважин используются бри зантные ВВ, свойства некоторых из них и будут рассмотрены ниже.
До 1950 г. в Советском Союзе для целей торпедирования сква жин наиболее широко использовали тротил, вытеснивший из прак
тики ранее применявшиеся динамиты и аммониты. В последнее время стали применять и более мощные ВВ.
6
Тротил (тринитротолуол) — С7Н5(МО2)з- Белое кристалли ческое вещество с удельным весом 1,66 г/см2 и температурой плав
ления + 80,2°. Негигроскопичен и не растворим в воде. Хорошо прессуется. Может применяться в виде литых и прессованных за
рядов. |
|
|
|
|
понижением плотности ско |
||||||||
Скорость детонации — 7000 м/сек; с |
|||||||||||||
рость детонации падает |
(см. табл. 1). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
1 |
|
Плотность прессованного |
| |
i |
. ,, |
, ,, |
| , |
о |
| |
I |
, |
, |
, с |
■ |
г |
тротила, г/слН |
|
'’° |
j'1-2 |
|
'’3 |
|
1,4 |
1,5 |
1,6 |
||||
Скорость детонации, м^сек. . |
. |
|
5000 |
5600 |
6025 |
|
|
|
6315 |
6610 |
6960 |
||
Тротил применяется |
как |
в чистом виде, |
так |
и в |
сплавах |
и |
|||||||
смесях с другими ВВ. Основные характеристики тротила, а также других рассматриваемых ВВ приведены в табл. 2.
Таблица 2
Наименование ВВ
Тротил . |
. |
................................. |
7000 |
970 |
20 |
280 |
635 |
Гексоген . |
|
........................................ |
8400 |
1390 |
24 |
475 |
900 |
Нитроглицерин |
................................. |
7400 |
1485 |
24 |
515 |
715 |
|
ТНМ + соляровое масло (78 + 22) |
800Q—8500 |
1700 |
24 |
— |
660 |
||
Гремучий студень .................................. |
7500 |
1610 |
24 |
580 |
710 |
||
Пластичный |
65-процентный динамит |
6100 |
1295 |
20 |
410 |
605 |
|
Гексоген (циклотриметилентринитрамин) — (CH2NNO2)3. Белое кристаллическое вещество с удельным весом 1,82 г/слч3 и
температурой плавления +201°. Плавится с разложением. Негиг роскопичен и не растворим в воде. Восприимчивость к детонации намного выше, чем у тротила. В чистом виде применяется очень
редко из-за высокой чувствительности к внешним воздействиям
(трение, удар) и плохой прессуемостп. Улучшение прессуемости достигается введением флегматизатора. Плотность прессованного гексогена — 1,6—1,7 г/см2. Для больших зарядов гексоген флегматизируется менее чувствительными ВВ, например тротилом.
Наиболее часто применяются сплавы тротила с гексогеном (ТГ)
с соотношениями 80/20, 60/40 и 50'50 (в числителе указано про центное содержание тротила).
Т е т р а н и т р о м е т а н - C(NO2)4, сокращенно ТНМ. Бесцвет
7
ная подвижная жидкость с резким запахом. Ядовит. Температура
затвердевания +12,2°, температура кипения Ц-126°. Удельный вес — 1,65 г!см?. Негигроскопичен и не растворим в воде. Хорошо
растворяет многие органические вещества. Химически |
устойчив. |
|||
Взрывается от мощного |
детонатора; |
от электродетонатора № 8 |
||
не |
взрывается. |
основе ТНМ получаются при |
смешении |
|
с |
Взрывчатые смеси на |
|||
органическими веществами. Смеси |
на основе ТНМ |
являются |
||
весьма мощными ВВ. Примером может служить смесь ТНМ и со лярового масла в соотношении 78:22 (в объемных процентах).
Удельный вес смеси —• 1,45 г/см?. Она негигроскопична- и не растворима в воде. Температура выпадения твердой фазы +7°.
Вследствие высокой чувствительности к механическим и теп ловым воздействиям взрывчатые смеси на основе ТНМ готовят
только непосредственно в процессе их применения. Нитроглицерин (глицеринтринитрат) — СзН5(ОМО2)з-
Бесцветная жидкость. Ядовит. Удельный вес — 1,6 г/см?. Плохо растворяется в воде. При температуре выше 50° разлагается. Тем пература затвердевания чистого нитроглицерина -|-2о и +13°, что
объясняется существованием двух его модификаций. Вследствие
высокой чувствительности к внешним воздействиям, близкой к чув ствительности инициирующих ВВ, в чистом виде для взрывных
работ в Советском Союзе не применяется. Часто применяется за рубежом.
Динамиты — взрывчатые смеси нитроглицерина с коллоди онным хлопком, селитрой и древесной мукой. В зависимости от состава динамиты подразделяются на желатинированные, пластич
ные и порошкообразные. Желатин — динамит с содержанием 92— 93% нитроглицерина — называется гремучим студнем.
Динамиты водоустойчивы. Удельный вес — около 1,5 г!ел?. Температура замерзания: а) обычных динамитов +10°, б) труд-
нозамерзающих —20°.
Замерзшие, полузамерзшне и полуоттаявшие динамиты особен но опасны в обращении.
Из табл. 2 видно, что наиболее мощными ВВ являются нитро глицерин, гексоген и ВВ на их основе, а также взрывчатые смеси
на основе ТНМ.
Практика торпедирования показала, что наиболее подходящим с точки зрения эффективности и безопасности является сплав
тротила с гексогеном в соотношении 50/50 (ТГ50/50). Взрывные
характеристики |
его довольно |
велики: |
бризантность 24 мм, ско |
|
рость |
детонации |
6500 м/сек, |
теплота |
взрыва 1180 ккал/кг и |
объем |
газообразных продуктов взрыва 792 л/кг. В обращении |
|||
он в достаточной мере безопасен. Литые заряды, изготовленные из сплава ТГ, не требуют для своего взрывания большого промежу точного заряда. Сплав не растворим в воде и в нефти, и поэтому при его использовании для торпедирования нет необходимости в герметичной оболочке.
8