ПОДГОТОВКА СКВАЖИН К ЭКСПЛУАТАЦИИ

Кумулятивная перфорация

Механизм образования кумулятивной струи следующий. При взрыве вещества в виде цилиндрического заряда происходит почти мгновенное превращение его в газоподобные продукты, которые разлетаются во все стороны в направлениях, перпендикулярных к поверхности заряда. Суть эффекта кумуляции в том, что газоподобные продукты детонации части заряда, называющиеся активной частью и движущиеся к оси заряда, концентрируются в мощный поток, который называется кумулятивной струей. Если углубление в заряде облицовано тонким слоем металла, то при детонации заряда вдоль ее оси образуется кумулятивная струя, состоящая не только из газоподобных продуктов, но и из размягченного металла, который выделяется из металлической облицовки.

Имея очень высокую скорость в главной части (6 - 8 км/с), при ударе о твердую перегородку струя развивает такое давление, под воздействием которого наиболее прочные материалы разрушаются. Для большинства зарядов давление кумулятивной струи на перегородку составляет 20 - 30 ГПа, в то время как граница прочности горных пород в 400 - 600 раз меньше.

По гидродинамической теории кумуляции (М.А. Лаврентьев и Г.И. Покровский), длина пробитого канала lк в перегородке не зависит от механической прочности материала перегородки, а определяется только соотношением плотностей материалов струи ρс и перегородки ρп:

F40

Таким образом, длина канала в перегородке при проникновении в нее кумулятивной струи почти не зависит от прочности перегородки, благодаря чему кумулятивные перфораторы можно применять для вскрытия пластов с наиболее прочными породами.

Формирование перфорационных каналов в пласте носит следующий характер. При разрушении металлической облицовки от детонации заряда в кумулятивную струю переходит лишь 10% её массы. Остальная ее часть формируется в стержне сигароподобной формы - песте, который движется со скоростью около 1000 м/с. Обладая меньшей кинетической энергией и большим диаметром, чем главная часть струи, песок может застрять в уже образовавшемся канале и частично или даже полностью закупорить его. Около 15% всех перфорационных каналов полностью закупорены застрявшим в обсадной колонне песком.

Для образования кумулятивной струи при взрыве заряда необходимое условие - отсутствие в кумулятивной полости заряда любой жидкости, иначе от взрыва заряда вместо кумулятивного эффекта будет иметь место фугасное действие.

В связи с этим кумулятивные заряды перфораторов изолируют от скважинной жидкости путем размещения их в индивидуальные герметические оболочки (бескорпусные перфораторы) или в общие герметические корпуса (корпусные перфораторы).

Корпусные кумулятивные перфораторы

Корпусные кумулятивные перфораторы обеспечивают наименьшее нежелательное воздействие на обсадную колонну и затрубное цементное кольцо, так как основную часть энергии взрыва заряда воспринимает корпус перфоратора. При этом в зависимости от особенностей корпуса перфораторы делят на корпусные многоразового (ПК) и корпусные одноразового (ПКО) использования.

В перфораторах типа ПК корпус воспринимает не только гидростатическое давление, но и многократные взрывные нагрузки, поэтому толщина его должна быть больше, чем в перфораторах типа ПКО. Это приводит к тому, что при одних и тех же габаритах перфораторов в ПК масса заряда меньше, чем в ПКО. Из перфораторов типа ПК наиболее распространены перфораторы ПК105ДУ, ПК85ДУ, ПК95Н, а из перфораторов типа ПКО - перфораторы ПКО89, ПК073.

Марки корпусных кумулятивных перфораторов многоразового использования:

  • ПК - с зарядами в бумажных оболочках;
  • ПК-10х4 - четырехстороннего действия;
  • ПКДУ - с повышенной термобаростойкостью;
  • ПКН - с зарядами повышенной пробивной способности и проходимости в цинковых оболочках.

Области применения корпусных кумулятивных перфораторов многоразового использования марок ПК, ПКДУ, ПКН, ПК-10х4:

Вскрытие пластов:

  1. Сравнительно небольшой толщины на средних глубинах.
  2. При угрозе недопустимого повреждения обсадной колонны и затрубного цементного камня.
  3. Когда нежелательно оставлять в скважине остатки от перфоратора и зарядного комплекта.
  4. При высоких температурах и давлениях, при которых бескорпусные кумулятивные перфораторы не применяют.

Техническая характеристика корпусных кумулятивных перфораторов многоразового использования
Показатель Марка перфоратора
ПК85ДУ ПК105ДУ ПК80Н ПК95Н
Максимальное гидростатическое давление, МПа 80 120
Максимальная температура,°С 180 200
Минимальное гидростатическое давление в скважине, МПа -
Минимальный внутренний диаметр обсадной колонны (или НКТ) для малогабаритных перфораторов, мм 98 118 96 118
Число труб в интервале перфорации 1 1-2 1-3
Репрессия ("+") +
Депрессия ("-")
Максимальное число зарядов, отстреливаемых на спуск 20
Максимальная плотность перфорации за спуск, число отверстий на 1 м 12
Полная длина* канала в комбинированной мишени при твердости породы (не менее) 700 МПа, мм 95 145 185 255
Средний диаметр канала, мм (не менее), при твердости породы 700 МПа 3 8,5 10 12
*Комбинированная мишень состоит из стальной (Ст3) пластины толщиной 10 мм, цементного камня толщиной 20 мм и искусственного песчаника с твердостью по штампу не менее 700 МПа

Марки корпусных кумулятивных перфораторов одноразового использования:

  • ПКО - cекционные с корпусной трубой;
  • ПКОТ - c опорными трубами и повышенной термобаростойкостью;
  • ПКОС - c опорными втулками;
  • ПНК - спускаются на НКТ;
  • ПНКТ - спускаются на НКТ, с повышенной термобаростойкостью.

Области применения корпусных кумулятивных перфораторов одноразового использования:

  • Вскрытие пластов:
    1. При угрозе недопустимого повреждения обсадной колонны и затрубного цементного камня.
    2. Когда нежелательно оставлять в скважине остатки от перфоратора и зарядного комплекта.
    3. При высоких температурах и давлениях, при которых бескорпусные кумулятивные перфораторы не применяют.
  • Марка ПКО - вскрытие пластов большой толщины на средних глубинах;
  • Марка ПКОТ, ПКОС - вскрытие пластов на больших глубинах при значительных давлениях;
  • Марка ПКОС-38, ПКОС-48 - прострел бурильных, обсадных или насосно-компрессорных труб при необходимости восстановления циркуляции жидкости в скважине;
  • Марка ПНК, ПНКТ - вскрытие пластов при созданной депрессии на пласт и герметизированном устье скважины (без применения кабеля и лубрикаторов).

Техническая характеристика корпусных кумулятивных перфораторов одноразового использования
Показатель Марка перфоратора
ПНКТ73 ПНКТ89 ПКО73 ПКО89 ПКОТ73 ПКОТ89
ЗПКО73 ЗПКО73Е ЗПКО89 ЗПКО89Е
Максимальное гидростатическое давление, МПа 100 45 (сталь Е") 70 120 (сталь Е")
Максимальная температура,°С 170 180 200 180 200
Минимальное гидростатическое давление в скважине, МПа - 20 10 20 10 40 50
Минимальный внутренний диаметр обсадной колонны (или НКТ) для малогабаритных перфораторов, мм 96 118 96 118 96 118
Число труб в интервале перфорации 1-3
Репрессия ("+") +
Депрессия ("-") -
Максимальное число зарядов, отстреливаемых на спуск 250* 60 (100°С) 20 (100°С)* 45 (100°С)* 15 (100°С) 40 (100°С) 20 (100°С)
Максимальная плотность перфорации за спуск, число отверстий на 1 м 6 10 6 10 10
Полная длина** канала в комбинированной мишени при твердости породы (не менее) 700 МПа, мм 155 250 155 250 155 250
Средний диаметр канала, мм (не менее), при твердости породы 700 МПа 11 12 11 12 11 12
*Максимальное число зарядов, отстреливаемых за спуск устанавливают в зависимости от геолого-технических условий в скважине, состояния колонны и цементного камня, качества корпусов и средств взрывания. При минимально допустимых зазорах между перфоратором и обсадной колонной и (или) низком качестве корпусов и средств взрывания максимальное число одновременно отстреливаемых зарядов должно быть уменьшено и устанавливается в каждом конкретном случае.
**Комбинированная мишень состоит из стальной (Ст3) пластины толщиной 10 мм, цементного камня толщиной 20 мм и искусственного песчаника с твердостью по штампу не менее 700 МПа

Бескорпусные кумулятивные перфораторы

Бескорпусные кумулятивные перфораторы с зарядами в индивидуальных оболочках позволяют значительно ускорять проведение прострелочно-взрывных работ, так как за один спуск перфоратора может быть вскрыто 30 м пласта. Малогабаритными бескорпусными перфораторами можно выполнять вторичное вскрытие пластов, спуская их внутрь насосно-компрессорных труб. Однако степень воздействия этих перфораторов на обсадную колонну и цементное кольцо значительно больше, чем при использовании корпусных перфораторов. Кроме того, после взрыва зарядов на забое остаются обломки от корпусов заряда и соединяющих деталей, наличие которых позже может привести к осложнениям при эксплуатации скважины.

Из корпусных полуразрушающихся перфораторов на промыслах наиболее распространены перфораторы в стеклянных оболочках ПКС80, ПКС105, ПКС65, из разрушающихся - перфораторы с зарядами в алюминиевых оболочках КПРУ65, ПР54.

Классификация бескорпусных кумулятивных перфораторов:

  1. Частично саморазрушающиеся:
    • марка ПКС - с зарядами в стеклянных оболочках;
  2. Ленточные:
    • марка ПКС-Т - с зарядами в стеклянных упрочненных или стальных оболочках (с повышенной термобаростойкостью);
  3. Штанговые:
    • марка ПРВ - для водяных скважин большого диаметра;
    • марка ПРГ - для газовых скважин большого диаметра;
  4. Полностью разрушающиеся:
    • марка ПР - нераскрывающиеся с зарядами в алюминиевых оболочках;
    • марка КПРУ - с зарядами в алюминиевых оболочках, усовершенствованные;
    • марка ПКР - раскрывающиеся с зарядами в алюминиевых оболочках, с вмонтированной системой детонации, спускаются через НКТ или бурильные трубы с минимальным внутренним диаметром 50-62 мм;

Области применения бескорпусных кумулятивных перфораторов:

  1. Частично разрушающиеся: ленточные (ПКС, ПКС-Т), штанговые (ПРВ, ПРГ):
    • вскытие мощных пластов, когда допускаются деформации (без разрушения) обсадной колонны и затрубного цементного камня;
    • вскытие пластов под колонной НКТ или при герметизированном устье скважины (с лубрикатором);
    • вскытие пластов при искривлении, слипании узких проходных разрезов в колоннах труб;
    • вскытие пластов с низкими температурами и давлениями.
  2. С поднимающимся каркасом (ПКС, ПКС-Т):
    • вскытие мощных пластов;
    • вскытие пластов когда нежелательно оставлять в скважине стекла оболочек, зарядов и другие детали перфораторов.
  3. Полностью разрушающиеся (КПРУ, ПР, ПКР):
    • вскытие мощных пластов, когда допускаются деформации (без разрушения) обсадной колонны и затрубного цементного камня;
    • вскытие пластов под колонной НКТ или при герметизированном устье скважины (с лубрикатором);
    • вскытие пластов при искривлении, слипании узких проходных разрезов в колоннах труб;
    • вскытие пластов с низкими температурами и давлениями;
    • прострел бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб в целях восстановления циркуляции жидкости в скважине.

Техническая характеристика бескорпусных кумулятивных перфораторов
Показатель Марка перфоратора
ПКСУЛ80 ПКСУЛ80-1 ПКС105У ПР43 ПР54 КПРУ65
Максимальное гидростатическое давление, МПа 50 80
Максимальная температура,°С 100 150
Минимальное гидростатическое давление в скважине, МПа 10 10 -
Минимальный внутренний диаметр обсадной колонны (или НКТ) для малогабаритных перфораторов, мм 96 118 50 62 76
Число труб в интервале перфорации 1-3 1 1-2
Репрессия ("+") + - -
Депрессия ("-") + +
Максимальное число зарядов, отстреливаемых на спуск 100* 100 300
Максимальная плотность перфорации за спуск, число отверстий на 1 м 6 11 6 10 8
Полная длина** канала в комбинированной мишени при твердости породы (не менее) 700 МПа, мм 165 275 120 150 200
Средний диаметр канала, мм (не менее), при твердости породы 700 МПа 8 12 8 10 9
*Максимальное число зарядов, отстреливаемых за спуск устанавливают в зависимости от геолого-технических условий в скважине, состояния колонны и цементного камня, качества корпусов и средств взрывания. При минимально допустимых зазорах между перфоратором и обсадной колонной и (или) низком качестве корпусов и средств взрывания максимальное число одновременно отстреливаемых зарядов должно быть уменьшено и устанавливается в каждом конкретном случае.
**Комбинированная мишень состоит из стальной (Ст3) пластины толщиной 10 мм, цементного камня толщиной 20 мм и искусственного песчаника с твердостью по штампу не менее 700 МПа

СПОСОБЫ ДОБЫЧИ НЕФТИ