|
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:
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:
- Сравнительно небольшой толщины на средних глубинах.
- При угрозе недопустимого повреждения обсадной колонны и затрубного цементного камня.
- Когда нежелательно оставлять в скважине остатки от перфоратора и зарядного комплекта.
- 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:
- При угрозе недопустимого повреждения обсадной колонны и затрубного цементного камня.
- Когда нежелательно оставлять в скважине остатки от перфоратора и зарядного комплекта.
- 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:
- Частично саморазрушающиеся:
- марка ПКС - с зарядами в стеклянных оболочках;
- Ленточные:
- марка ПКС-Т - с зарядами в стеклянных упрочненных или стальных оболочках (с повышенной термобаростойкостью);
- Штанговые:
- марка ПРВ - для водяных скважин большого диаметра;
- марка ПРГ - для газовых скважин большого диаметра;
- 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:
- 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.
- С поднимающимся каркасом (ПКС, ПКС-Т):
- вскытие мощных пластов;
- вскытие пластов когда нежелательно оставлять в скважине стекла оболочек, зарядов и другие детали перфораторов.
- 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 |
Не нашли нужную информацию? Воспользуйтесь поиском по сайту |
|
|
|