lukyanov-взрывные работы

РАЗДЕЛ IV. ПРОСТРЕЛОЧНО-ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ

ВСКВАЖИНАХ И ЯДЕРНЫЕ ВЗРЫВЫ

ВПРОМЫШЛЕННОСТИ

ГЛАВА 10 ПРОСТРЕЛОЧНО-ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ В СКВАЖИНАХ

В геологоразведке при бурении и эксплуатации скважин для разведки и разработки месторождений полезных ископаемых (газа, нефти, угля, воды и др.) широко применяются прострелочно-взрывные работы. Осуществляются эти работы во всех случаях, когда механические являются трудоёмкими и сложными.

Прострелочно-взрывные работы в скважинах имеют большое значение для правильной оценки продуктивности разведочных скважин, а также достижения максимальной отдачи или приёмистости продуктивных пластов, сокращения сроков бурения, опробования, освоения и, следовательно, подсчёта запасов на месторождениях нефти и газа. С помощью прострела и взрыва осуществляются такие операции, как боковой отбор образцов горных пород, проб жидкостей и газов в скважинах.

Прострелочно-взрывные работы классифицируются следующим образом (с учётом вида операций и технических средств):

•перфорация стенок скважин стреляющими аппаратами – кумулятивными, пулевыми и снарядными (торпедными) перфораторами – для вскрытия и повышения отдачи или приёмистости пластов;

•разрыв пластов с помощью скважинных аппаратов – пороховых генераторов давления – и торпедирование скважин в целях повышения отдачи или приёмистости пластов;

•каротаж пластов с простреливанием канала для отбора проб жидкостей и газа;

•отбор образцов пород стреляющими грунтоносами для изучения геологического разреза скважин;

•торпедирование бурильного и эксплуатационного инструмента с помощью торпед фугасного и направленного действия при ликвидации скважин и аварий в них;

351

•простреливание колонн бурильных или насосно-компрессорных труб перфораторами для восстановления циркуляции жидкости в скважине;

•разделительный тампонаж в скважинах с помощью взрывных пакеров. При изменении и совершенствовании техники и технологии раз-

ведки и разработки месторождений нефти, газа, угля, воды технические средства и материалы для прострелочно-взрывных работ, методы и технология их применения также постоянно совершенствуются и обновляются. Так, для ликвидации аварий в скважинах разработаны торпеды фугасного и кумулятивного действия, заменившие ранее применявшиеся торпеды кустарного изготовления. Созданы современные пороховые генераторы давления, которые в ряде случаев позволяют заменить дорогостоящий и сложный метод гидроразрыва пластов, а для разделительного тампонажа в скважинах разработаны взрывные пакеры, заменяющие трудоёмкие операции по установке цементных мостов.

Благодаря прострелочно-взрывным работам в большинстве случаев удается успешно ликвидировать различные аварии, связанные с прихватом бурового инструмента и колонн труб, с оставлением посторонних предметов на забое и в стволе скважины. Для прострелочно-взрывных работ характерны высокая эффективность и производительность работ, при сравнительно низких стоимости и трудоёмкости всех операций.

10.1.Использование взрывов при бурении скважин

иликвидации аварий

При бурении глубоких скважин вращательным способом отбирают образцы (керн) горных пород специальными колонковыми долотами.

Данный способ трудоёмкий и дорогостоящий, керн бывает нарушенным, вследствие чего трудно определить глубины, с которых получены образцы. Поэтому для уточнения геологического разреза часто производят боковой отбор образцов горных пород стреляющими грунтоносами (керноотборниками).

Вскрытие пластов осуществляют в два этапа. Сначала бурят скважины и после крепления скважины обсадной колонной выполняют перфорацию. В разведочных скважинах все чаще ограничиваются только первым этапом – вскрытием пластов при бурении с последующими испытаниями еготрубными испытателями илибоковыми опробователямипластов.

На втором этапе пласты вскрывают в основном стреляющими и гидропескоструйными перфораторами. Поэтому этот этап представляет собой одну из самых ответственных операций в комплексе работ по заканчиванию скважины.

352

Обязательным условием использования взрыва при ликвидации аварий является правильный выбор величины заряда.

При ликвидации прихватов труб в скважинах применяют следующие методы: отвинчивание колонны выше места прихвата с помощью взрыва, «встряхивание» прихваченной колонны, обрыв труб выше зоны прихвата и комбинированные способы, включающие в себя применение взрывных методов.

Отвинчивание колонны с использованием взрыва основано на кратковременном ослаблении резьбовых соединений при взрыве. Применение взрыва позволяет высвободить часть прихваченной бурильной колонны или весь инструмент путём отвинчивания его с помощью взрыва на разных глубинах.

После выполнения подготовительных операций в скважину на заданную глубину спускают торпеду ТДШ из детонирующего шнура и взрывают.

При высвобождении колонны труб «встряхиванием» используют также, как и при отвинчивании колонны, торпеду ТДШ. При взрыве заряда, перекрывающего всю длину прихвата, образуется ударная волна, распространяющаяся в затрубную среду или в зону пласта, которая вызывает движение материала, образовавшего прихват, от стенок труб или долота, вследствие чего происходит ослабление их сцепления с затрубной средой.

Метод «встряхивания» часто позволяет высвободить весь инструмент, полностью ликвидировав прихват.

Для обрыва прихваченных труб в скважинах применяют торпеды с фугасным зарядом и торпеды с кольцевым кумулятивным зарядом.

Работу по обрыву труб при помощи фугасных торпед начинают с промывки скважины, после чего определяют место прихвата и намечают глубину торпедирования. Затем в заданном интервале устанавливают опущенную в скважину торпеду и взрывают. Подняв после взрыва кабель, приступают к извлечению колонны труб.

При обрыве насосно-компрессорных труб устанавливают кумулятивный заряд против резьбового соединения труб, поскольку гладкий внутренний проход насосно-компрессорных труб позволяет спустить кумулятивный труборез с минимальным зазором, обеспечивая тем самым благоприятные условия для работы кольцевого кумулятивного заряда. Для обрыва компрессорных труб применяют кумулятивные тру-

борезы ТКГ-45-500, ТКГ-55-500.

353

На результат действия взрыва влияет не только размер заряда, но и диаметр трубы, толщина её стенки и материал, из которого она изготовлена, а также положение заряда относительно стенок трубы. На эффект взрыва также оказывают влияние плотность и вязкость бурового раствора и гидростатическое давление в зоне действия взрыва. При оценке степени действия взрыва в скважине необходимо учитывать все перечисленные факторы.

Контрольные вопросы

1.Как классифицируются прострелочно-взрывные работы?

2.Для каких целей используется взрыв в процессе бурения скважин?

3.Какие взрывные методы применяют для ликвидации прихватов труб в скважинах?

4.Назовите параметры, влияющие на эффективность действия взрыва при ликвидации аварий.

10.2.Использование ВВ и порохов при испытании, освоении

иэксплуатации скважин

Из большого перечня взрывчатых веществ в геофизике применяют те, которые отвечают специфическим требованиям к прострелочновзрывным работам в скважинах. Так, пороха используются для изготовления зарядов пулевых и снарядных перфораторов, грунтоносов, пороховых генераторов давления, предназначенных для разрыва пласта, а также при термогазохимической обработке пласта.

Для глубоких высокотемпературных скважин разработан ряд термостойких порохов. В стреляющих грунтоносах и пулевых перфораторах при температуре в скважине до 100 °С применяются преимущественно заряды из штатного пороха. Разработаны также термостойкие пороха, имеющие порог термостабильности до 250 °С. В производственных условиях в стреляющих грунтоносах применяют пороховые заряды переменной массы, величина которых обусловливается гидростатическим давлением в скважине и твёрдостью отбиваемой породы.

Бризантные ВВ применяются для изготовления зарядов кумулятивных перфораторов и торпед. Имеющиеся ВВ используются для изготовления средств инициирования. Применяются очень редко также пиротехнические составы. Самостоятельное значение имеют термостойкие пороха, используемые в грунтоносах и перфораторах, применяемых в высокотемпературных скважинах.

Кольцевой взрывной пакер типа КВП предназначен для изоляции верхнего и среднего пластов, а также для отсечения неисправного участка в трубах этих скважин. Применяется при гидростатическом давлении до 29,4 МПа и температуре до 100 °С.

355

Рис. 10.3. Взрывной пакер типа ВПШ:

1– шток; 2 – манжета; 3 – упорная крышка;

4 – штифт; 5 – конус;

6 – ограничительное кольцо;

7 – плашка; 8 – стопорная гайка;

9 – отверстие гидравлического тормоза; 10 – пространство для тормозной жидкости;

11 – свободная полость;

12 – уплотнительное кольцо;

13 – внутренний корпус;

14 – обойма;

15 – оболочка заряда;

16 – заряд; 17 – пиропатрон;

18 – внутренний электроввод;

19 – стопорный винт;

20 – пробка; 21 – переходник;

22 – наружный электроввод;

23 – провод; 24 – корпус перфоратора типа ПК;

25 – головкаперфораторатипаПК

Техническая характеристика взрывных пакеров КВП

357

Под действием давления пороховых газов верхнее и нижнее уплотнения необратимо деформируются до прочного сцепления со стенками обсадной трубы, изолируя её участки.

При установке пакера в скважине величина кольцевого зазора между стенками обсадной колонны и пакера должна быть минимально допустимой по условиям проходимости пакера в скважине. При зазорах, превышающих определённую величину, невозможно достичь необходимого растяжения стенок корпуса пакера без появления трещин. Для обеспечения эффективной работы при допустимых зазорах в качестве материала пакера применяют алюминиевые сплавы с большим удлинением (не менее 12 %) при растяжении.

Контрольные вопросы

1.Раскройтесущностьвзрывныхметодовразделенияиразрывапластов.

2.Каким требованиям должны отвечать устройства для разделения пластов?

3.Какова конструкция порохового генератора давления АСГ?

4.В чем состоит назначение взрывных пакеров? Для каких целей они устанавливаются?

5.Сучётомкакихпараметровосуществляетсявыборвзрывногопакера?

10.3. Работы по улучшению проницаемости пласта

Вскрытие пласта, повышение его отдачи и проницаемости, подготовка к гидроразрыву, а также повышение эффективности кислотной обработки скважин проводятся торпедами с зарядами ВВ массой до 7 кг. Эти работы проводят в закрепленных трубами скважинах и твёрдых продуктивных пластах в условиях, когда по каким-либо причинам осуществление перфорации невозможно. С помощью торпедирования создается раздутие трубы с системой трещин в металле, цементе и породе. В глубоких скважинах, пробуренных в прочных породах и с хорошим качеством затрубного пространства, диаметр (dз) торпеды ТШ84 (рис. 10.4) и ТШТ (рис. 10.5) составляет (0.2...0,4) dтр; первые трещины в трубе появляются при dз/dтр = 0,2. С целью увеличения проницаемости прискважинной зоны пласта проводят фугасное торпедирование по специальным проектам большими зарядами (с массой несколько сотен или тысяч килограммов). Работы по торпедированию большими зарядами наиболее эффективны в скважинах глубиной 1…2 км. На больших глубинах эффективность торпедирования сильно падает.

В период строительства геолого-разведочных предприятий для обеспечения людей и оборудования водой бурят артезианские скважины. Через определённый промежуток времени продуктивность пласта может резко снижаться. Увеличение дебита воды можно достигнуть торпедированием скважин (рис. 10.6).

358

Торпедирование скважин применяют также для разрушения обсадных труб, бурового инструмента на забое, дробления оставшихся в скважине металлических предметов, ликвидации прихвата бурового инструмента и прилипания колонны труб к стенкам скважины.

Торпеда представляет собой заряд ВВ, предназначенный для взрывания в скважине (рис. 10.7).

Существуют следующие виды торпед: шнуровые, фугасные, куму-

лятивные осевого действия, труборезы и другие. Шнуровые торпеды ТДШ25 (рис. 10.8) и ТДШ50 (рис. 10.9) включают в себя заряды из ДШ, головку, взрывной патрон, трос, на котором крепят заряд и груз.

Кумулятивная торпеда осевого действия ТКО70А состоит из кумулятивного заряда с взрывателем, корпуса, переходника и груза. Масса заряда составляет 1…2 кг. Торпеды типа ТШБ с большими зарядами используют при обработке продуктивных пластов. Труборезы кумулятивные герметичные с зарядами поперечно-плоского действия типа ТКГ предназначены для перерезания труб.

Для выбора типа торпеды и массы заряда предварительно определяют глубину скважины, уровень воды в ней, диаметр и длину колонны обсадных труб, наличие в скважине обвалов, повреждений труб, температуру в скважине, состояниебуровойвышки, атакженаличиепостроекижилыхзданий.

На основании материалов исследований составляют рабочий проект (паспорт) производства взрывных работ, в котором проводят расчёт заряда, выбирают конструкцию торпеды, меры предохранения колонн и условия безопасного производства работ.

В качестве ВВ для снаряжения торпеды выбирают гранулированный

ипрессованный тротил, алюмотол и водоустойчивые сорта аммонита. Масса заряда (кг) при торпедировании скважин

При торпедировании с целью образования каверны и зоны трещинообразования рассчитывают диаметр получаемой каверны и радиус зо-

где dз – диаметр заряда, дм; Ппр – показатель простреливаемости, дм3/кг. Для обеспечения свободного спуска торпеды по скважине наружный диаметр торпеды должен быть на 25….35 мм меньше внутреннего

диаметра обсадных труб.

Радиус зоны трещинообразования

гдеq – удельныйрасходВВ, кг/м3.

359

Рис. 10.4. Торпеда ТШ84:

1 – груз; 2 – штифт; 3 – подвеска; 4 – взрыватель; 5 – пластмассовый диск; 6 – прокладка; 7 – электродетонатор; 8 – кольцевая шашка ВВ; 9 – заряд ВВ;

10 – корпус; 11 – дно

Рис. 10.5. Торпеды типа ТШТ:

1 – груз; 2 – взрывной патрон; 3 – корпус; 4 – заряд ВВ;

5 – наконечник

360