Техника перфорации скважин

Существует четыре способа перфорации: пулевая, торпед­ная, кумулятивная, пескоструйная.

Первые три способа перфорации осуществляются на про­мыслах геофизическими партиями с помощью оборудования имеющегося в их распоряжении. Поэто­му детально техника и технология этих видов перфорации первыми тремя спо­собами изучается в курсах промысло­вой геофизики. Пескоструйная перфо­рация осуществляется техническими средствами и службами нефтяных про­мыслов. При пулевой перфорации в скважину на электрическом кабеле спу­скается стреляющий пулевой 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 происходит залп. Пули пробивают ко­лонну, цемент и внедряются в породу. Существует два вида пулевых перфора­торов:

- перфораторы с горизонтальными стволами. В этом случае длина стволов мала и ограничена радиальными габа­ритами перфоратора;

- перфораторы с вертикальными ство­лами с отклонителями пуль на концах для придания полету пули направления, близкого к перпендикулярному по отно­шению к оси скважины.

Пулевой перфоратор ПБ-2 собирает­ся из нескольких секций. Вдоль секции просверлено два или четыре вертикаль­ных канала, пересекающих каморы с ВВ, стволы которых заряжены пулями и закрыты герметизирующими прокладками. Верхняя секция — запальная имеет два запальных уст­ройства. При подаче по кабелю тока срабатывает первое за­пальное устройство и детонация распространяется по вертикаль­ному каналу во все каморы, пересекаемые этим каналом. В ре­зультате почти мгновенного сгорания ВВ давление газов в каморе достигает 2 тыс. МПа, под действием которых пуля выбрасывается.

Происходит почти одновременный выстрел из половины всех стволов. При необходимости удвоить число прострелов по вто­рой жиле кабеля подается второй импульс и срабатывает вто­рая половина стволов от второго запального устройства. В этом перфораторе масса заряда ВВ одной каморы мала и составляет 4—5 г, поэтому пробивная способность его невелика.

Длина образующихся перфорационных каналов составляет 65—145 мм (в зависимости от прочности породы и типа перфо­ратора). Диаметр канала 12 мм.

Рис. IV. 6. Пулевой пер­форатор с вертикально-криволинейными ство­лами

На рис. IV.6 показан пулевой перфоратор с вертикально-кри­волинейными стволами ПВН-90,

При вертикальном расположении стволов объем камор и длина стволов больше.

Одна камора отдает энергию взрыва сразу двум стволам. Масса ВВ в одной каморе достигает 90 г. Давление газов в ка­морах здесь ниже и составляет 0,6—0,8 тыс. МПа, но действие их более продолжительное. 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 отклонителях покрываются медью или свинцом. Выстрел из всех стволов про­исходит практически одновременный, так как все каморы с ВВ сообщаются огнепроводным каналом.

В каждой секции два ствола направлены вверх и два вниз. Это позволяет компенсировать реактивные силы, действующие на перфоратор.

Торпедная перфорация осуществляется аппаратами, спускае­мыми на кабеле и стреляющими разрывными снарядами диа­метром 22 мм. Внутренний заряд ВВ одного снаряда равен 5 г. Аппарат состоит из секций, в каждой из которых имеется по два горизонтальных ствола Снаряд снабжен детонатором на-кольного типа. При остановке снаряда происходит взрыв внут­реннего заряда и растрескивание окружающей горной породы. Масса ВВ одной камеры — 27 г. Глубина каналов по результа­там испытаний составляет 100—160 мм, диаметр канала — 22 мм. На 1 м длины фильтра обычно делается не более четы­рех отверстий, так как при торпедной перфорации часты слу­чаи разрушения обсадных колонн.

Пулевая и торпедная перфорации применяются ограниченно, так как все больше вытесняются кумулятивной перфора­цией.

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 (листовая медь толщиной 0,6 мм). Энергия взрыва в виде тонкого пучка газов — продуктов облицовки пробивает канал. Кумулятивная струя приобретает скорость в головной части до 6—8 км/с и создает давление на преграду до 0,15—0,3 млн. МПа. При вы­стреле кумулятивным зарядом в преграде образуется узкий пер­форационный канал глубиной до 350 мм и диаметром в средней части 8 —14 мм. Размеры каналов зависят от прочности породы и типа перфоратора.

Все кумулятивные перфораторы имеют горизонтально распо­ложенные заряды и разделяются на корпусные и бескорпусные. Корпусные перфораторы после их перезаряда используются многократно. Бескорпусные — одноразового действия. Однако разработаны и корпусные перфораторы одноразового действия, в которых легкий корпус из обычной стали используется только лишь для герметизации зарядов при погружении их в сква­жину. Перфораторы спускаются на кабеле (имеются малогаба­ритные перфораторы, опускаемые через НКТ), а также перфо­раторы, спускаемые 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 составляет (в зависи­мости от типа перфоратора) 25—50 г.

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

Рассмотрим устройство корпусного кумулятивного перфора­тора ПК-Ю5ДУ (рис. IV.7), нашедшего широкое распростране­ние. Электрический импульс подается на взрывной патрон 1, на­ходящийся в нижней части перфоратора. При взрыве детонация передается вверх от одного заряда к другому по детонирую­щему шнуру 2, обвивающему последовательно все заряды.

Корпусные перфораторы позволяют простреливать интервал до 3,5 м за один спуск, корпусные одноразового действия — до 10 м и бескорпусные или так называемые ленточные — до 30 м.

Ленточные перфораторы (IV.8) намного легче корпусных, однако их применение ограничено величинами давления и тем­пературы на забое скважины, так как их взрывной патрон и де­тонирующий шнур находятся в непосредственном контакте со скважинной жидкостью. В ленточном перфораторе 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 не применяется. Головка, груз, лента после отстрела извлекаются на поверхность вместе с ка­белем. К недостаткам бескорпусных перфораторов надо отнести невозможность контролирования числа отказов, тогда как в кор­пусных перфораторах такой контроль легко осуществим при ос­мотре извлеченного из скважины корпуса.

Кумулятивные перфораторы нашли самое широкое распро­странение. Подбирая необходимые ВВ, можно в широких ди­апазонах регулировать их термостойкость и чувствительность к давлению и этим самым расширить возможности перфорации в скважинах с аномально высокими температурами и давле­ниями.

Рис. IV.7. Устройство корпусного ку­мулятивного перфоратора ПКЮ5ДУ:

/ — взрывной патрон; 2 — детонирующий шнур; 3 — кумулятивный заряд; 4 — элек­тропровод

Рис. IV.8. Ленточный кумулятив­ный перфоратор ПКС105:

КН — кабельный наконечник; 1 — го­ловка перфоратора; 2 —стальная лен­та, 3 — детонирующий шнур; 4 — куму­лятивный заряд; 5 — взрывной патрон; е — груз

Однако получение достаточно чистых, с точки зрения фильтрации, и глубоких каналов в породе остается актуальной проблемой и до сих пор. В этом отношении определенным ша­гом вперед было осуществление пескоструйной перфорации, ко­торая позволяет получить достаточно чистые и глубокие перфо­рационные каналы в пласте.