МЕТОДЫ ПЕРФОРАЦИИ И ТОРПЕДИРОВАНИЯ СКВАЖИН

По окончании бурения нефтяной или газовой скважины стенки ее закрепляют обсадными трубами; в интервалах зале­гания продуктивных (нефте-, газоносных) и водоносных пластов колонну цементируют. При этом обычно нефтеносные и газо­носные пласты оказываются перекрытыми обсадными трубами я цементным кольцом и приток жидкости в такую скважину невозможен, пока не будут созданы условия для сообщения продуктивного пласта со скважиной. Для создания возможности притока нефти и газа из пласта в обсадной колонне и окружаю­щем ее цементном кольце против нефтеносного (газоносного) пласта создают ряд каналов (отверстий), обеспечивающих со­общение между пластом и скважиной: по этим каналам нефть и газ поступают в скважину.

Как правило, отверстия в колонне и цементном кольце соз­дают путем прострела. Этот процесс называют перфорацией колонны, а аппараты, при помощи которых производится прострел, перфораторами. Их спускают в скважину на ка­ротажном кабеле.

Перфорацию применяют также для вскрытия заводняемых пластов в нагнетательных скважинах, при цементировании пос­ле проведения изоляционных работ и других видов капитально­го ремонта скважин: при установке колонн-летучек, при перехо­де на другие горизонты, при зарезке и бурении второго ствола и т. Д.

Существуют четыре способа перфорации: пулевая, торпед­ная, кумулятивная, пескоструйная. Первые три способа осуще­ствляются на промыслах геофизическими партиями с помощью оборудования, приборов и аппаратуры, имеющихся в их распо­ряжении. Пескоструйная перфорация осуществляется техниче­скими средствами и службами нефтяных промыслов.

Пулевая перфорация. В этом случае в скважину на электрическом кабеле спускают стреляющий аппарат, состоящий из нескольких (8—10) камор-стволов, заряженных пулями диа­метром 12,5 мм. Каморы заряжаются взрывчатым веществом (ВВ) и детонаторами. При подаче электрического импульса пу­ли пробивают колонну, цемент и внедряются в породу, образуя канал для движения жидкости и газа из пласта в скважину.

Пулевые перфораторы разделены на два вида: 1) с гори­зонтальными стволами, когда длина стволов мала и ог­раничена радиальными габаритами перфоратора; 2) с верти­кальными стволами с отклонителями пуль на концах для придания их полету направления, близкого к перпендикулярно­му по отношению к оси скважины.

Перфоратор с горизонтальными стволами собирается из не­скольких секций, вдоль которых просверлены два или четыре вертикальных канала, пересекающие каморы с ВВ. Стволы ка­мор заряжены пулями и закрыты герметизирующими проклад­ками. Верхняя секция имеет два запальных устройства. При по­даче по кабелю тока срабатывает первое запальное устройство, и детонация распространяется по вертикальному каналу на все каморы, пересекаемые этим каналом. В результате почти мгно­венного сгорания ВВ давление газов в каморе достигает 2000 МПа, после чего пуля выбрасывается. Происходит почти одновременный выстрел из половины всех стволов. При необхо­димости удвоить число прострелов, по второй жиле кабеля по­дается второй импульс. В этом случае срабатывает вторая поло­вина стволов от второго запального устройства. В перфораторе масса заряда ВВ одной каморы незначительна (равна 4—5 г), поэтому пробивная способность его невелика. Длина образую­щихся перфорационных каналов составляет 65—145 мм (в за­висимости от свойств породы и типа перфоратора), диаметр ка­нала— 12,5 мм.

На рис. 1.11 показан пулевой перфоратор с вертикально-кри­волинейными стволами ПВН-90.

При вертикальном расположении стволов объем камор и Длина стволов больше, чем при горизонтальном. В каждой сек­ции два ствола направлены вверх и это компенсирует реактив-

ные силы, действующие на перфоратор в момент выстрела. Одна камора от­дает энергию взрыва сразу двум ство­лам. Масса ВВ в одной каморе дости­гает 90 г. Давление газов в каморах составляет 600—800 МПа. Действие газов более продолжительное, чем при горизонтальном расположении стволов. Это позволяет увеличить начальную скорость вылета пули и пробивную способность перфоратора. Длина пер­форационных каналов в породе полу­чается 145—350 мм при диаметре око­ло 20 мм. В каждой секции перфора­тора имеются четыре вертикальных ствола, на концах которых сделаны плавные желобки-отклонители. Пули, изготовленные из легированной стали, для уменьшения трения в отклоните-лях покрываются медью или свинцом. Выстрел из всех стволов происходит практически одновременно, так как все каморы с ВВ сообщаются огнепровод­ным каналом.

Торпедная перфорация

осуществляется аппаратами, спускае­мыми на кабеле, и отличается от пу­левой перфорации тем, что для выст­рела используют разрывной снаряд, снабженный взрывателем замедленно­го действия. Масса внутреннего заря­да ВВ одного снаряда равна 5 г. Ап­парат состоит из секций, в каждой из которых имеется по два горизонтальных ствола. Снаряд снаб­жен детонатором накольного типа. При остановке снаряда про­исходит взрыв внутреннего заряда, в результате чего происхо­дит растрескивание окружающей породы. Масса ВВ одной ка­меры— 27 г. Глубина каналов по результатам испытаний -со­ставляет 100—160 мм, диаметр канала — 22 мм. На 1м длины фильтра обычно пробивают не более четырех отверстий, так как при торпедной перфорации нередки случаи разрушения обсад­ных колонн.

Кумулятивная перфорация осуществляется стре­ляющими перфораторами, не имеющими пуль или снарядов. Прострел преграды достигается за счет сфокусированного взры­ва. Такая фокусировка обусловлена конической формой поверх­ности заряда ВВ, облицованной тонким металлическим покры­тием (листовой медью толщиной 0,6 мм). Энергия взрыва в ви­де тонкого пучка газов — продуктов облицовки пробивает ка-

Кумулятивная струя приобретает скорость в головной час-[ _до 6—8 км/с и создает давление на преграду (0,15— п з) 10^б МПа. При выстреле в преграде образуется узкий пер­форационный канал глубиной до 350 мм и диаметром в средней

_ти g—14 мм. Размеры каналов зависят от прочности породы типа перфоратора.

Кумулятивные перфораторы разделяются на корпусные бескорпусные (ленточные). Корпусные перфораторы после их перезаряда используются многократно. Бескорпусные— одноразового действия. Перфораторы спускают на кабеле (име­ются малогабаритные перфораторы, спускаемые через НКТ), а также на насосно-компрессорных трубах. В последнем случае инициирование взрыва производится не электрическим импуль­сом, а сбрасыванием в НКТ резинового шара, действующего как поршень на взрывное устройство. Масса ВВ одного кумулятив­ного заряда (в зависимости от типа перфоратора) 25—50 г.

Применение перфораторов различных типов и конструкций зависит от плотности вскрываемых пород. В твердых породах рекомендуется применять кумулятивную перфорацию, в менее плотных и малопроницаемых породах — снарядную, в рыхлых породах и слабо сцементированных песчаниках — пулевую.

Максимальная толщина вскрываемого интервала кумулятив­ным перфоратором достигает 30 м, торпедным — 1 м, пулевым — до 2,5 м. Это — одна из причин широкого распространения ку­мулятивных перфораторов.

Ленточные перфораторы намного легче корпусных, однако их применение ограничено давлением и температурой на забое скважины, так как их взрывной патрон и детонирующий шнур находятся в непосредственном контакте со скважинной жид­костью. В таких перфораторах заряды смонтированы в стек­лянных (или из другого материала), герметичных чашках, кото­рые размещены в отверстиях длинной стальной ленты с грузом на конце. Вся гирлянда спускается на кабеле. Обычно при зал­пе лента полностью не разрушается, но для повторного исполь­зования ее не применяют. Головку, груз, ленту после отстрела извлекают на поверхность вместе с кабелем. К недостаткам бескорпусных перфораторов относится невозможность контроля числа отказов, тогда как в корпусных такой контроль легко осу­ществим при осмотре извлеченного из скважины корпуса.

Кумулятивные перфораторы наиболее распространены. Под­бирая необходимые ВВ, можно в широких диапазонах регули­ровать их термостойкость и чувствительность к давлению и этим амым расширить возможности перфорации в скважинах с ано­мально высокими температурами и давлениями.

Гидропескоструйная перфорация основана на

пользовании абразивного и гидромониторного действия струи

идкости (воды, нефти) со взвешенным в ней песком, выходя-

Щим под высоким давлением из узкого отверстия (сопла). Такая

труя в течение нескольких минут создает в обсадной трубе, це-

ментном кольце и породе глу­бокий канал, обеспечивающий надежное сообщение между скважиной и пластом.

Гидропескоструйный- аппа­рат для абразивной перфора­ции (рис. 1.12) состоит из па­трубка, в котором установлен ряд сопел. Аппарат спускают в скважину на насосно-ком-прессорных трубах, по кото­рым подается под высоким дав­лением жидкость с песком. Вытекая из сопел с большой скоростью, достигающей не­скольких сот метров в секунду, жидкость с песком пробивает эксплуатационную колонну, це­ментное кольцо и внедряется в породу на глубину до 1 м.

В процессе перфорации под действием абразивной струи жидкости (вверх или вниз вдоль ствола скважины) может образоваться щелевой канал или (при круговом вращении струи) обрезаться колонна по кольцу, что необходимо, напри­мер, для извлечения части об­садной колонны.

Торпедирование взрыв в скважине, производи­мый при помощи торпеды (за­ряда взрывчатого вещества). Торпеда кроме заряда взрыв­чатого вещества содержит средства для взрыва: взрыва­тель, состоящий из электроза­пала и чувствительного к взрыву капсюля-детонатора, и шашку взрывчатого вещества, усиливающего начальный импульс дето­нации. Спускают ее в скважину на каротажном кабеле, жилу которого используют для приведения в действие взрывателя и всего заряда торпеды.

Торпедирование применяют для разрушения пород продук­тивных пластов — образования в них трещин для лучшей отда­чи нефти или газа, а также с целью обрыва или встряски при­хваченных бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб, раздробления металлических предметов на забое скважины (шарошек, долот и т. д.). Иногда торпедирование применяют

целью удаления песчаных пробок, образовавшихся в стволе важины, очистки призабойной зоны от глинистых осадков, истки фильтра, пробивания окна в обсадной колонне для бу­рения нового ствола и т. д.