книги из ГПНТБ / Беляев Б.М. Торпедирование скважин большими зарядами взрывчатого вещества

3. Действие взрыва на горную породу и обсадные трубы

Взрыв заряда ВВ в скважине, обсаженной трубами и запол­

ненной жидкостью, вызывает разрушение труб и окружающей породы. Если взрыв производится в необсаженной части скважины,

то и в этом случае трубы могут деформироваться на значительном

удалении от места взрыва.

Разрушение горной породы при взрыве вызывается огромным

давлением, развивающимся на фронте ударной волны, и давлением

расширяющихся продуктов взрыва, которое достигает нескольких

десятков тысяч атмосфер. Возникающие в породе при действии этих давлений сжимающие, растягивающие и сдвигающие напря­ жения по своей величине значительно превышают допустимые для этих пород напряжения на сжатие и растяжение. В результате кратковременного приложения этих напряжений в окружающей по­ роде образуются три зоны:

1)зона сплошного разрушения, характеризующаяся дроблением

исжатием породы;

2)зона растрескивания, вызываемая растяжением и сдвигом породы;

3)зона распространения упругих колебаний, не вызывающих остаточных деформаций в породе.

Взоне сплошного разрушения порода либо сильно уплотняет­

ся (мергели, глины), либо (при большой ее прочности) дробится. Размеры этой зоны в прочных породах йевелики, так как первона­

чальный спад давления при взрыве происходит довольно быстро и зависит от параметров ударной волны (максимальное давление,

время действия и суммарный импульс) и свойств горной породы. Параметры ударной волны в свою очередь определяются величи­ ной и формой заряда и свойствами ВВ.

Перемещение породы в радиальном направлении (сжатие) под действием ударной волны и расширяющихся газов вызывает воз­ никновение растягивающих усилий. Тем, что допустимые напря­ жения на растяжение для породы обычно в 10—20 раз меньше до­

пустимых напряжений на сжатие, объясняется образование ра­ диальных трещин, радиус которых значительно больше радиуса

зоны сплошного разрушения.

При взрыве возможно образование и концентрических трещин, возникновение которых в основном связано с действием волны рас­ тяжения, возникающей при отражении прямой ударной волны.

Границами отражения волн в породе могут быть трещины, ка­ верны, напластования породы иной плотности.

На образование концентрических трещин влияет и то, что на небольшом расстоянии от центра взрыва происходит отрыв фронта ударной волны от расширяющихся газов, скорость движения ко­

торых в первый момент равна скорости движения ударной волны.

Это приводит к образованию волны растяжения, действие которой

направлено к центру взрыва.

9

Распространение трещин по породе в зоне растрескивания происходит более или менее равномерно, однако в зависимости от свойств пород конфигурация этой зоны может быть самой разно­

образной.

Действие взрыва заряда на обсадные трубы необходимо рас­

сматривать в двух направлениях:

1)действие взрыва на трубы, находящиеся в зоне взрыва;

2)действие взрыва на трубы, находящиеся вне зоны взрыва.

При взрыве заряда, расположенного по оси трубы, зацементи­

рованной в горной породе и заполненной жидкостью, возникает кратковременное повышение давления, которое вызывает деформа­ цию труб.

Степень деформации трубы в этом случае, как показал опыт, зависит не только от количества энергии взрыва заряда, прихо­ дящегося на единицу поверхности трубы; более наглядно дефор­ мация характеризуется отношением диаметров заряда и трубы

'4а р.

^тр.

Степень деформации трубы существенно зависит и от свойств окружающей ее среды.

Экспериментальные работы по изучению степени деформации труб при взрыве показали, что при величине отношения диаметра заряда к диаметру трубы, большей 0,4, в трубе, зацементирован­ ной в прочной породе, возникают не только большие трещины, но и разрушения.

Таким, образом, отношение тт—— > 0,4 является граничным

^скв.

условием торпедирования скважин, обсаженных трубами, когда торпедирование не производится с целью обрыва или разру­ шения труб.

При торпедировании скважин большими зарядами с целыб об­ разования глубоких трещин в породе предусматривается создание максимальной концентрации ВВ на метр пласта, что достигается

<^зар.

наибольшим значением . В этом случае, очевидно, что взрыв

такого заряда приведет к полному разрушению трубы в зоне взры­ ва. Очистка интервала взрыва в случае, когда обсадные трубы

(фильтр) полностью разрушены, обычно невозможна, и поэтому торпедирование большими зарядами, как правило, производится

в интервалах, не обсаженных трубами.

Как указывалось выше, ударная волна взрыва не только про­ изводит разрушение породы и труб в зоне взрыва, но, распростра­

няясь по жидкости, заполняющей скважину, может вызвать раз­

рушение труб и на значительном удалении от зоны взрыва.

Распространение ударной волны по жидкости, заполняющей обсадные трубы, происходит, как в волноводе, — с малым коэффи­ циентом затухания. Поэтому, встречая слабое место в колонне (ослабленное резьбовое соединение, отсутствие цемента за колон-

10

ной и т. п.) или усиливаясь на границах отражения (жидкость —

вода и т. и.), ударная волна может вызвать серьезное разрушение

обсадных труб.

Разрушающее действие ударной волны при этом определяется не максимальным давлением, а величиной импульса, которая за­ висит от величины заряда. Таким образом, чем больше применяе­

мый заряд, тем больше вероятность повреждения труб. Это приво­ дит к необходимости при взрывании в скважинах больших заря­ дов применять специальные меры по защите труб.

4. Свойства горных пород, образование каверн и трещин при взрыве

Эффект торпедирования в большой степени зависит от выбора

заряда ВВ при учете физико-механических свойств породы.

Породами, слагающими продуктивные пласты нефтяных и га­ зовых месторождений, являются пески, песчаники, известняки, до­ ломиты, сланцы, а также целый ряд промежуточных пород. Изве­ стно, что физико-механические свойства этих пород различны, и поэтому каждая порода по-разному воспринимает воздействие взрывной нагрузки. Различное восприятие действия взрыва неред­ ко наблюдается и у пород одного и того же типа. Это объясняется тем, что свойства горной породы меняются в довольно широких пределах.

Прямую зависимость между деформацией горной породы и ее свойствами точно установить трудно. Некоторое представление о такой зависимости можно получить из характеристик породы (по­

ристость, объемный вес, минералогическая плотность).

Прочность пород, т. е. их сопротивление механическому разру­ шению, зависит от плотности, нефтеили водонасыщенности, зер­ нистости и однородности. Горные породы, как правило, обладают высокой прочностью на сжатие. Так, прочность на сжатие состав­ ляет для песчаников 200—5000 кГ!см2, а для известняков — 50—

2600 кПсм2.

К сожалению, значения прочности, определенные при статиче­ ском приложении нагрузки, не могут полностью характеризовать

11

12

ряда. Некоторое увеличение диаметра каверны наблюдается при

многократном взрывании в одном и том же интервале (см. рис. 2).

на некоторое увеличение импульсов взрыва цилиндрического за­ ряда в указанном направлении.

13

24 до 36. Пользуясь данной формулой и значениями коэффициен­ та С, например для случая взрыва, в 8-дюймовой скважине тор­

педы диаметром 166 мм, можно определить, что длина трещин составит 4—6 м.

Образующиеся трещины имеют незначительную ширину, а

максимальной длины достигают только некоторые из них. Даль­ нейшее сравнительно небольшое развитие трещин может быть по­ лучено при повторных взрывах в том же интервале.

Для получения наибольшей длины трещин при повторных взры­ вах целесообразно применять торпеды с максимальной концент­ рацией ВВ на единицу длины ствола, т. е. с диаметром заряда, равным диаметру каверны.

Как показали опытные данные, на величину образующихся тре-

14

щин длина торпеды не влияет, если она превышает 10—15 диамет­ ров заряда. В этом случае радиус трещин зависит только от свойств породы и ВВ, а также от диаметра и плотности заряда ВВ.

5. Влияние торпедирования на продуктивность скважины

Переходя к рассмотрению влияния торпедирования на дебит

скважины, необходимо определить параметры, влияющие на при­ ток жидкости и газа в скважину, и рассмотреть их изменение при действии взрыва.

Как известно из подземной гидравлики, приток несжимаемой жидкости к скважине, пробуренной в однородной пористой среде,

определяется по следующей формуле:

где т — коэффициент пористости; К — коэффициент проницаемости; о— плотность жидкости.

Из приведенных формул следует, что параметрами, на кото­

рые торпедирование оказывает влияние, являются радиус скважи­ ны и проницаемость породы.

В случаях, когда продуктивный пласт сложен плотными мало­ проницаемыми породами или когда скопления нефти и газа при­

урочены к локальным зонам трещиноватости, образующиеся при взрыве трещины, увеличивая проницаемость окружающей поро­ ды, могут существенно влиять на дебит скважины. Густая сеть

15

ванне таких скважин не может увеличить приток нефти, так как оно не может ни увеличить ее запасы, ни поднять пластовое дав­ ление. Некоторое кратковременное увеличение дебита возможно лишь за счет снижения сопротивления движению нефти в приза­ бойной зоне, очищенной взрывом. Однако операция по очистке призабойной зоны может быть проведена небольшими торпедами (тина ТД111. TUI и т. и.).

На месторождениях данного типа могут встречаться скважины, суммарная добыча из которых за время эксплуатации оказывается меньшей, чем из соседних скважин, расположенных примерно в равных условиях. Это можно объяснить худшими коллекторскими свойствами, пласта на участке данных скважин. Торпедирование таких скважин большими зарядами может оказаться оправданным.

Встречаются месторождения, па которых подавляющее боль шинство скважин имеет невысокий дебит и лишь незначительная

часть скважин вводится в эксплуатацию с высоким дебитом. Если последнее объясняется в первую очередь резким отличием коллек­ торских свойств и трещиноватостью пласта в высокодебитных

скважинах, то проведение торпедирования малодебитных скважин большими взрывами на таком месторождении вполне оправдано.

Целесообразным бывает торпедирование большими зарядами в

отдельных малодебитных скважинах на месторождениях, где

плотными карбонатными породами, при торпедировании скважин большими зарядами наряду с возможностью большого увеличения

притока нефти или газа могут наблюдаться случаи снижения, а

иногда и полного прекращения притока нефти или газа. Это мо­ жет происходить по причине ухода нефти или газа по образовав­

шимся трещинам в зоны с меньшим пластовым давлением или вследствие поступления воды в скважину из вскрытых взрывом водоносных участков. Если такие явления объясняются общим ха­ рактером месторождения, то торпедирование скважин нецелесо­ образно.

Выбор разведочных скважин для торпедирования большими за­ рядами нередко может быть затруднительным ввиду отсутствия точных данных о приуроченности нефти или газа к тем или иным интервалам разреза. Однако торпедирование в этих условиях мо­ жет иногда являться единственным средством воздействия на пласт, позволяющим дать оценку скважине и площади с точки зре­ ния нефте- и газоносности.

Обобщая изложенное, можно сделать вывод, что наибольшее

увеличение притока нефти или газа следует ожидать при торпе­ дировании скважин таких месторождений, где низкий дебит объяс­ няется плохими коллекторскими свойствами продуктивных пластов при наличии достаточно высокого пластового давления.

Намечая скважины для проведения больших взрывов, пред­ почтение нужно отдавать тем из них, которые выходят из бурения.

18