lukyanov-взрывные работы

Пробивное действие пулевых перфораторов, в отличие от кумулятивных, весьма чувствительно к изменению угла встречи пули с преградой. Важным преимуществом мощных пулевых перфораторов с верти- кально-криволинейными стволами является их высокое пробивное действие – большие глубины и диаметр канала, стабильного по сечению на всем протяжении. К особенностям всех пулевых перфораторов относятся сложность заряжания и неудобство обслуживания, связанное с их большой массой.

Таким образом, пулевые перфораторы по одним показателям уступают кумулятивным перфораторам, а по другим – превосходят их. Совершенство вскрытия пласта тем или иным перфоратором зависит от геолого-технических условий.

Контрольные вопросы

1.В чём состоит задача перфорации скважин?

2.Какие типы перфораторов Вы знаете?

3.На какие типы делятся пулевые перфораторы?

4.Какие факторы влияют на пробивное действие пулевых перфораторов?

10.8. Кумулятивные перфораторы. Теория действия кумулятивных зарядов

При бурении нефтяных и газовых скважин для вскрытия продуктивного пласта в большинстве случаев применяют кумулятивные перфораторы. Кумулятивные заряды различаются устройством и назначением и в зависимости от горно-геологических условий имеют разнообразные области применения.

К кумулятивным перфораторам предъявляются следующие требования: обеспечение высокого пробивного действия; свободное прохождение в скважину во время спуска и подъёма в утяжелённых и вязких растворах; обеспечение вскрытия всей мощности продуктивного пласта при требуемой плотности перфорации за минимальное число спусков; возможность отстрела зарядов в две стороны.

Кумулятивные заряды должны обеспечить высокое пробивное действие, достаточное для простреливания одной или нескольких обсадных колонн и создания после этого в горной породе, слагающей продуктивный пласт, каналов требуемых размеров.

Кумулятивная перфорация скважин основана на пробивном действии струй, создаваемых при взрыве зарядов в кумулятивных перфораторах. Взрывание кумулятивных зарядов в перфораторах происходит с

371

помощью детонирующего шнура и взрывного патрона или от инициирующего устройства.

При взрыве кумулятивного заряда продукты детонации активной части ВВ заряда движутся к оси заряда и собираются в мощный концентрированный поток кумулятивной струи.

Объём углубления, создаваемого при взрыве кумулятивного заряда, пропорционален энергии ВВ, заключённой в активной части заряда. При взрыве заряда ВВ с необлицованной кумулятивной выемкой образуется углубление значительно большего объёма, чем в случае заряда, не имеющего выемки. Так, заряд с конусной выемкой даёт в мягкой стали выбоину полусферической формы с диаметром, равным диаметру заряда, с объёмом почти в 7 раз больше, чем при заряде с плоским торцом.

Если облицевать кумулятивную выемку тонким слоем металла, то заряд пробьёт в твёрдой преграде глубокий канал, имеющий примерно такой же объём, как и полусферической выбоины в предыдущем случае, но со значительно меньшим диаметром. В мягкой стали заряд пробивает канал конической формы длиной, равной трём-четырём диаметрам заряда.

Такое резкое изменение кумулятивного эффекта достигается за счёт перераспределения энергии между продуктами взрыва и материалом металлической облицовки с переходом части металла с внутренней поверхности облицовки в кумулятивную струю.

В зависимости от характеристик ВВ, заряда, формы и размеров кумулятивной выемки, материала и толщины её облицовки скорость головной части струи у различных зарядов достигает 3 000…10 000 м/с.

Скорость хвостовой части струи меньше примерно в 3–4 раза скорости головной части струи.

Механизм проникновения кумулятивной струи в преграду применительно к условиям перфорации рассмотрен профессор Н.Г. Григорьяном исходя из гидродинамической теории академика М.А. Лаврентьева.

Скорость углубления канала в преграде без учёта механической прочности материала преграды можно определить по формуле

где υс – скорость струи, км/с; ρп и ρс – плотность преграды и струи, г/см3. Следовательно, с увеличением плотности преграды скорость ее

пробивания увеличивается.

Длина канала lк связана с длиной струи lс соотношением

Таким образом, при отсутствии растяжения струи и без учёта механической прочности преграды длина канала увеличивается с умень-

372

шением плотности преграды. С учётом динамической прочности материала преграды σд (МПа) длина пробиваемого канала

Длина пробиваемого канала уменьшается с ростом прочности материала преграды, но увеличивается с повышением скорости встречи струи с преградой υв и увеличением длины струи.

Зависимость диаметра канала dк (см) от диаметра струи dс (см), скорости проникания струи в преграду υп (км/с), динамической твёрдости преграды Hп и плотностей струи и преграды ρп и ρс (г/см3) может быть приближенно определена по формуле

Следовательно, диаметр канала dк, пробиваемого кумулятивной струей, прямо пропорционален диаметру струи dс и в различной степени растёт с увеличением её скорости υс и соотношения плотностей ρп и ρс и уменьшается с увеличением динамической твёрдости преграды Hп.

По способу герметизации зарядов и средств их взрывания кумулятивные перфораторы подразделяются на корпусные с извлекаемым кор-

пусом многократного использования (ПК), с извлекаемым корпусом однократного действия (ПКО, ПКОС, ПНК) и бескорпусные с частич-

но разрушающимся корпусом, монтажным каркасом и грузом (ПКС,

ПРВ) и полностью разрушающимся корпусом с извлекаемой головкой-

грузом (КПР, ПР).

Заряд кумулятивного перфоратора обычно состоит из шашки ВВ с кумулятивной выемкой, которая имеет металлическую облицовку. С противоположной стороны расположен промежуточный детонатор.

Заряд заключен в оболочку, которая в случае бескорпусных перфораторов должна быть полностью герметичной.

Отличительным признаком кумулятивных корпусных перфораторов всех типов является размещение группы негерметичных кумулятивных зарядов и средств инициирования в полости герметичного корпуса, который защищает их от действия гидростатического давления и от непосредственного контакта со скважинной жидкостью. Взрывание снарядов осуществляется внутри корпуса.

Корпусные перфораторы используют в тех случаях, когда недопустимо повреждение обсадной колонны, а также при нежелательном засорении скважины. Перфораторы многократного использования типа ПК имеют толстый герметичный стальной корпус, в стенках которого имеются сквозные отверстия. Отверстия служат для прохода кумулятивных струй.

373

Перфораторы ПК-85 и ПК-103Д (рис. 10.13) имеют заряды ЗПК103 и ЗПК85 в бумажно-литых оболочках. Гнездовые отверстия в корпусе уплотненывставками, дюралевыми дисками ирезиновыми пробками.

Рис. 10.13. Кумулятивный корпусный перфоратор ПК-103Д многократного использования: 1 – кабельный наконечник; 2 – электроввод;

3 – головка; 4 – корпус;

5 – втулка; 6 – пробка;

7 – опорный диск;

8 – кумулятивный заряд;

9 – детонирующий шнур;

10 – электропровод;

11 – монтажный диск;

12 – наконечник;

13 – взрывной патрон

Перфораторы ПК-85ДУ и ПК-105ДУ имеют гнездовые отверстия в корпусе и герметические детали (опорный диск и резиновая трубка) уменьшенных диаметра и толщины.

Перфораторы ПК-80Н и ПК-90Н отличаются тем, что в них применены кумулятивные заряды в массивных цинковых оболочках. Из-за своей большой стоимости они применяются только в сложных горногеологических условиях.

374

Рис. 10.14. Кумулятивный ленточный перфоратор ПК-С65: 1 – кабельный наконечник; 2 – головка; 3 – электропровод;

4 – лента; 5 – заряд;

6 – детонирующий шнур;

7 – взрывной патрон; 8 – груз

Корпусные перфораторы однократного использования отличаются тем, что корпуса представляют собой сплошные тонкостенные трубы, простреливаемые кумулятивными струями. К ним относятся перфораторы ПКО-73, ПКО-89, КПОТ-89, ПКОТ-73.

Бескорпусные кумулятивные перфораторы отличаются большой гибкостью и относительно малой массой, что позволяет с их помощью простреливать за один спуск большие интервалы (до 30 м), спускать их в ис-

375

правленные и деформированные колонны труб. Одновременно можно спускать в скважину до 300 зарядов.

Основными недостатками бескорпусных перфораторов являются: ограниченная термобаростойкость зарядного комплекта, повышенное механическое воздействие на обсадную колонну и затрубный цементный камень, засорение скважины осколками от перфоратора.

В ленточных кумулятивных перфораторах ПКС160, ПКС105, ПКС80, ПКС65 заряды заключены в стеклянные или ситалловые оболочки. Заряды монтируют в каркасе, представляющем собой скрепленные стальные ленты, к нижнему концу которых присоединяют чугунный груз (рис. 10.14). Кумулятивный разрушающий перфоратор ПРР280 применяется при бурении скважин на воду и предназначен для простреливания обсадных колонн водоносных горизонтов в скважинах.

Кумулятивный разрушающий перфоратор КПРУ65 имеет заряды, заключенные в литые алюминиевые герметичные оболочки.

Разрушающие кумулятивные перфораторы ПР43 и ПР54 в основном предназначены для перфорации скважин через колонну спущенных на- сосно-компрессорных труб с внутренним диаметром не менее 50 и 59 мм.

Контрольные вопросы

1.Какие требования предъявляются к кумулятивным перфораторам?

2.От чего зависит длина канала, пробиваемого кумулятивной струей?

3.Какие типы кумулятивных перфораторов Вы знаете?

10.9. Отбор проб горных пород

При разведочном бурении скважин для получения сведений о пласте, выявления в нем вещественного состава, необходимого для оценки запасов месторождения, отбирают образцы и пробы.

Отбор образцов пород из пластов в скважинах осуществляют с помощью боковых стреляющих, сверлящих, режущих грунтоносов, а отбор проб жидкости и газа – с помощью пробоотборника.

После получения диаграмм каротажа и отбора кернов при колонковом бурении производят отбор образцов стреляющими грунтоносами и проб жидкости пробоотборниками. Такой метод позволяет отбирать образцы пород и пробы жидкости в интервалах, наиболее интересных геологам и промысловикам.

Применение грунтоносов даёт возможность получить важные сведения о характеристике пород или жидкости. Боковыми стреляющими грунтоносами образцы пород отбирают с помощью полых бойков, выстреливаемых в стенку скважины и затем извлекаемых из неё вместе

376

спородой. Сверлящими грунтоносами образцы отбираются с помощью цилиндрического бура, вырезающего их из стенки скважины.

Боковые стреляющие грунтоносы предназначены для отбора образцов из пород. С их помощью можно отбирать образцы известняков, песчаников, глин, глинистых песков и т. д.

Стреляющие грунтоносы по своему устройству подразделяются на грунтоносы одиночного действия с последовательным выстреливанием в каждой точке интервала по одному бойку и группового действия

содновременным выстреливанием группы бойков.

Грунтоносы одиночного действия используют в нефтяных скважинах группового действия – в углеразведочных. Стреляющий грунтонос имеет стальнойкорпуссоднойилинесколькимипороховымикамерами, надкоторымирасполагаются стволы. В камеры помещают пороховые заряды с электровоспламенителем. Грунтоносы спускают в скважину на каротажном кабеле. После установки грунтоноса в скважине, где необходимо отобрать образец породы, жилу кабеляподключаюткисточникуэлектрическоготока.

Нить накаливания воспламеняет состав, и пороховой заряд сгорает. Образовавшиеся в камере пороховые газы выталкивают боёк из ствола, и он внедряется в породу.

Эффективность выноса образцов пород стреляющими грунтоносами в основном определяется правильным выбором типа бойка и массы порохового заряда в зависимости от физико-механических характеристик пород на заданной глубине.

Многоствольный стреляющий грунтонос МСГ-90М с диаметром корпуса 90 мм предназначен для отбора образцов пород в нефтяных скважинах диаметром от 140 мм и более. Грунтонос состоит из следующих основных частей: стального корпуса со ствольными каналами и отверстиями для крепления и укладки тросов, бойков с пятами, системы электрических проводов и контактов, кожуха переключателя и самого переключателя, расходных деталей (рис. 10.15). Применяется для отбора образцов в скважинах при температурах до 180 °С и гидростатическом давлении до 100 МПа.

В грунтоносах типа МСГ и ГБС пороховые заряды размещаются в основании бойка, типа ГБСН – в корпусе грунтоноса. Для отбора проб мягких и средней твёрдости применяют боёк со съёмной насадкой. Для среднихитвёрдыхпородиспользуютбоёк снаконечникомконической формы.

Применяются также грунтоносы ГБС 95-180/1000, ГБСН 125-200/12,

ГБСН 95-250/1500, ГМК-50, ГМС-40, ГМС40-1.

Боковые сверлящие грунтоносы предназначены для отбора образцов твёрдых пород из стенок скважин. Сверлящие грунтоносы выбуривают образцы породы с помощью вращающегося бура. По окончании

377

бурения бур выходит из породы и выносит в своей полости керн цилиндрической формы. После подъёма грунтоноса на поверхность керны извлекают из бура и кассеты передаются для анализа.

Сверлящий боковой грунтонос СКМ-8-9 (рис. 10.16) со стальным цилиндрическим корпусом имеет следующие рабочие узлы: трёхфазный электрический мотор, масляный насос, шестерёнчатый редуктор с системой шестерён, сверлящий керноотборник, гидравлический прижим, регулятор подачи бура, насос для промывки бура во время сверления пород, контрольное устройство.

Образцы пород, выбуренные из пласта сверлящим грунтоносом, используют для определения пористости, проницаемости, механического и литологического состава и анализа жидкости, насыщающей породу.

378

Часть образцов рассматривается непосредственно после извлечения их из полости бойка. Применение сверлящих грунтоносов наиболее эффективно при отборе известняков, алевролитов и других твёрдых пород, в которых песок не является основной частью.

Контрольные вопросы

1.С помощью каких средств осуществляется отбор пород, проб жидкости и газа в скважинах?

2.Какие виды стреляющих грунтоносов Вы знаете?

3.Из каких узлов состоит стреляющий грунтонос?

10.10. Организация прострелочно-взрывных работ

Прострелочно-взрывные работы (ПВР) включают в себя: подготовительные операции; проведение основных работ на скважине и заключительные операции.

Подготовительные работы включают в себя: изучение геологотехнического задания, т. е. ознакомление с геофизическими и геологическими материалами по исследуемой скважине; выбор типов аппаратов и приборов; проверку исправности и работоспособности технологического оборудования и аппаратуры; оформление наряд-путёвки на проведение прострелочных работ в скважине; получение на складах ВВ и взрывных аппаратов и погрузку их в специальную машину.

Геолого-техническое задание на выполнение работ в скважине выдаётся на основании заявки заказчика. Заявка заказчика записывается в Журнал регистрации и выполнения заявок на прострелочно-взрывные работы диспетчером промыслово-геофизического предприятия. В заявке содержатся необходимые сведения о скважине. Партии выдается задание в письменном виде на фирменном бланке с названием «Задание № ... на производство ПВР в скважине», в котором излагаются цели ПВР, их перечень, сведения о месторасположении, геологических и технических данных скважины и других сведений.

Важным является выбор типов и размеров скважинных и прострелочных, взрывных и других аппаратов и приборов, от которых зависит успех выполнения задания.

Скважинные аппараты должны удовлетворять следующим требованиям: свободно перемещаться в скважине; обеспечивать выполнение необходимой операции; обладать достаточными прочностью, термостойкостью и заданной производительностью.

Достаточно полно и тщательно должна быть проведена работа по проверке исправности и работоспособности спускоподъёмного оборудования, устройств, приборов, инструмента, кабеля и проводов. Прибо-

379

ры и устройства должны транспортироваться в специальных стеллажах, ящиках и надежно закреплены.

Получение ВМ и прострелочно-взрывной аппаратуры на заряжание осуществляется в соответствии с наряд-путёвкой, в которой указываются виды и объемы ПВР, типы и размеры аппаратов, вид, число и масса зарядов, а также средства инициирования.

Наряд-путевка является первичным документом по учёту расходуемого партией ВМ. Все работы по получению, транспортировке и использованию ВМ и прострелочно-взрывных аппаратов выполняются при строгом соблюдении правил техники безопасности. При переезде к месту работы на скважину проводятся эффективные меры, исключающие различные изменения в состоянии механизмов, приборов и устройств подъёмника и лаборатории. Партии (отряды) проводят комплекс подготовительных работ на скважине, включающих в себя: уточнение геологотехнического задания на ПВР; проверку подготовленности скважины и буровой; проверку и подготовку к работе оборудования и приборов подъёмника, скважинных приборов и аппаратов; проверку пробного спуска в скважину кабеля с контрольным шаблоном или аппаратом.

По окончании подготовительных работ приступают к проведению основных работ на скважине, которые включают в себя: присоединение заряженных аппаратов к кабелю, спуск аппаратов в скважину, установку аппаратов для отстрела или взрыва, подготовку зональной линии к отстрелу (взрыву), отстрел или взрыв аппаратов, подъём аппаратов на поверхность, повторную установку аппаратов при последующих спусках.

Заключительные работы на скважине и базе. После окончания ПВР оборудование, аппаратуру, приборы подъёмные и лабораторноперфораторной станции подготавливают к переезду на базу: скважинные аппараты и приборы укладывают и закрепляют в стеллажах для транспортировки.

Переезд отряда (партии) со скважины на базу осуществляют с соблюдениемтехжеправилитребований, чтоиприпереездесбазынаскважину.

По возвращении на базу работники отряда (партии) в первую очередь сдают на склад остаток ВМ и в зарядную мастерскую – оставшиеся заряженные аппараты, отстрелянные аппараты для проверки и перезаряжания. Проверяют состояние механизмов, приборов, устройств, инструмента и т. п., протирают, смазывают их, приводя в готовность для дальнейшей работы.

Виды работ и объёмы ПВР, их технология, режимы и другие данные предусматриваются в проектах на производство геолого-разведочных работ. Проекты составляют совместно заказчик и исполнитель и согласовывают его с местным Госгортехнадзором. Проект составляется на основе рекомендаций, изложенных в Технической инструкции по прострелочно-

380