МАТЕРИКОВАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ

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 l_к в перегородке не зависит от механической прочности материала перегородки, а определяется только соотношением плотностей материалов струи ρ_с и перегородки ρ_п:

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.

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).

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.