Прострелочно-взрывные работы в нефтяных и газовых скважинах

 
 
 
 
 
 

                                     КУРСОВОЙ ПРОЕКТ 

                На тему: «Прострелочно-взрывные работы

                                  в нефтяных и газовых скважинах.» 
 
 
 
 

CОДЕРЖАНИЕ

 

1. Основные  виды прострелочно-взрывных работ.
1. Перфорация скважин.
2. Повышение отдачи или приемистости пластов.
3. Отбор образцов пород и проб жидкостей.
4. Предупреждение или ликвидация различных аварий в скважинах.
5. Установка разобщающих мостов.
2. Общие требования к скважинам.
3. Основные требования к прострелочно-взрывной аппаратуре.
4. Проектирование и организация работ.
5. Список использованной литературы

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение. 

     При бурении, исследовании, испытании (опробовании) и эксплуатации скважин, предназначенных для разведки и разработки месторождений полезных ископаемых (нефти, газа, угля, воды и др.), ряд важных операций выполняется с использованием энергии взрывчатых веществ. Осуществление таких операций иными способами, например, чисто механическими, является сложным и дорогим, а иногда и невозможным, особенно на больших глубинах. К настоящему времени в практику прочно вошли следующие виды операций, комплекс которых именуется прострелочно-взрывными работами в скважинах.

1. Вскрытие продуктивных пластов путем перфорации ствола скважин, закрепленных обсадной колонной, стреляющими аппаратами (пулевыми, кумулятивными перфораторами).
2. Повышение отдачи или приемистости пластов путем сжигания в скважине пороховых зарядов или взрывания зарядов взрывчатых веществ пороховыми генераторами (аккумуляторами) давления или торпедами.
3. Отбор образцов пород и проб жидкостей и газов боковыми стреляющими грунтоносами и опробователями пластов для изучения геологического разреза скважины, испытания или опробования скважин.
4. Предупреждение или ликвидация различных аварий в скважинах путем торпедирования ствола скважины, бурильного и эксплуатационного инструмента торпедами фугасного и направленного действий.
5. Разделительный тампонаж в скважинах путем установки взрывных пакеров.

     Прострелочно-взрывные работы в скважинах имеют важное, часто решающее значение для правильной оценки продуктивности разведочных скважин и, следовательно, подсчета запасов на месторождениях нефти и газа, достижения максимально возможной отдачи или приемистости продуктивных пластов, сокращения сроков бурения, испытания, опробования, освоения, капитальных ремонтов и восстановления скважин.

     С помощью прострелочно-взрывных работ  в скважинах решают и другие задачи, например, восстановление циркуляции жидкости в скважине путем простреливания колонны бурильных или эксплуатационных труб стреляющими перфораторами, разобщение пластов, простреливание густой сетки отверстий для повторного цементирования, очистку и улучшение проницаемости фильтров. Область использования взрыва в скважинах все более расширяется. В последнее время торпеды применяют для борьбы с желобообразованием в бурении и для очистки, стенок обсадных колонн от оставшейся цементной корки.

     Повторное вскрытие пластов перфорацией и  применение различных способов повышения  их отдачи или приемистости, а также  разделительный тампонаж проводят периодически на протяжении всей жизни многих эксплуатационных скважин - при их капитальных ремонтах, при переходе на эксплуатацию вышележащих горизонтов и т. п.

     В процессе эксплуатации скважин прострелочно-взрывные работы проводят также для ликвидации различных аварии, связанных, например, с прихватом колонн фонтанных или насосно-компрессорных труб. При ликвидации скважин используют взрывные способы обрезки незацементированной части обсадной колонны для ее извлечения на поверхность и дальнейшего использования.

     В свою очередь от совершенства техники  и технологии бурения и заканчивания скважин зависят условия работы и эффективность применения прострелочно-взрывных работ. Большую роль в достижении успеха играет правильный выбор аппарата и методики его применения в конкретных геолого-технических условиях. При разработке и использовании аппаратуры приходится учитывать особенности конструкции и технологии бурения, заканчивания и эксплуатации скважин, и, наоборот, приступая к проектированию и сооружению скважины, следует учитывать особенности предстоящих прострелочно-взрывных работ и технические возможности аппаратов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Основные  виды прострелочно-взрывных работ. 

1. Перфорация  скважин.

 

     Основной  задачей перфорации скважин является вскрытие продуктивных пластов в крепленых обсадной колонной скважинах с целью установления надежной гидродинамической связи между пластом и скважиной и обеспечения последующего испытания, опробования или эксплуатации пласта. Для перфорации скважин применяются в основном стреляющие перфораторы, которые по принципу действия подразделяются на пулевые и кумулятивные. В небольшом объеме используют также гидропескоструйнае перфораторы.

     Наибольшее  распространение получила перфорация при репрессии на пласт, т. е. при давлении в скважине, превышающем давление в пласте в условиях заполнения скважины глинистым или утяжеленным раствором, что необходимо для предотвращения выбросов или открытого фонтанирования нефти и газа. Иногда величина репрессии достигает нескольких сотен килограмм-силы на квадратный сантиметр. Такая практика в случаях вскрытия пластов с плохими коллекторскими свойствами, а также имеющих пониженную проницаемость в результате проникновения в пласт промывочных растворов в процессе первого этапа вскрытия пластов бурением, часто приводит к пониженной отдаче пласта, а иногда и полному отсутствию притока нефти или газа.

     Применение  стреляющих перфораторов, спускаемых в скважину через заранее установленную колонну подъемных (насосно-компрессорных) труб или спускаемых в скважину на этих трубах, позволяет вскрывать пласты при депрессии на пласт, т. е. при давлении в скважине, сниженном по отношению к пластовому давлению (величина депрессии или отрицательная разность давлений составляет от нуля до нескольких десятков килограмм-силы на квадратный сантиметр). При этом устье скважины герметизируют с помощью лубрикатора (при спуске перфоратора на кабеле) или фонтанной арматуры (при спуске перфоратора на трубах).

     Перфорация  стреляющими аппаратами на депрессии  обеспечивает высокую эффективность вскрытия пластов и, как следствие, получение предельно возможной продуктивности скважин. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Кумулятивная  перфорация.

     При кумулятивной перфорации пласт вскрывается  под действием узкой струи  раскаленных газов и металла, сконцентрированной в поток большой плотности и огромной скорости. В головной части скорость струи достигает 6 – 8 км/с. Такой поток образуется при взрыве кумулятивного заряда.

     При такой скорости кумулятивная струя  оказывает на преграду значительное давление. В реальных средах это давление составляет несколько сотен мегапаскалей. Максимальная эффективность действия кумулятивного заряда с выемкой, облицованной металлом, достигается при расположении заряда от преграды на определенном расстоянии, которое называется фокусным. Фокусное расстояние должно быть заполнено воздушной средой.

     Механизм  образования кумулятивной струи  из облицовки показан на рис. 4. В  струю обычно переходит примерно 10% массы облицовки. Остальная часть, обжимаясь, формируется в стержень сигарообразной формы — пест, движущийся вслед за струей. Скорость струи от головной части к хвостовой снижается примерно в 3 – 4 раза, благодаря чему струя в полете растягивается и одновременно сужается в диаметре. После достижения некоторого критического значения целостность струи нарушается и она распадается на определенное число фрагментов, летящих друг за другом. Скорость хвостовой части струи составляет 2 км/с; пест имеет скорость около 1 км/с. 

       

     Рис. 4. Последовательные фазы образования  кумулятивной струи при взрыве заряда с облицованной выемкой (по Н. Г. Григоряну).

     а — заряд до взрыва; б — фронт  волны детонации подходит к вершине  выемки; в — детонация закончилась, металлическая облицовка деформируется с образованием кумулятивной струи и песта; г — образование струи и песта закончилось; д — струя разрывается на фрагменты; е — струя проникает в преграду, пест движется следом за струей 
 
 
 
 
 

     При встрече с преградой кумулятивная струя создает канал, диаметр  которого больше диаметра струи. Дно  канала имеет полусферическую форму. Фрагменты хвостовой части струи, не принимавшие участие в пробивании канала, скапливаются на дне канала. Летящий вслед за струей пест в зависимости от соотношения его диаметра и диаметра канала может достичь дна или застрять где-то в канале. Это снижает эффективность перфорации. Поэтому стремятся в зарядах создать такие условия, чтобы диаметр пробиваемого канала был как можно больше, а пест имел бы малый диаметр или не образовывался бы вовсе.

     Горные  породы в тонком слое вокруг стенок канала несколько уплотняются, что приводит к снижению их проницаемости до 20%. Материал струи (металл) и ее высокая температура влияния на коллекторские свойства практически не оказывают. Металл распыляется по стенкам канала тончайшим слоем. Высокая температура струи, которая составляет порядка 1000°С, не успевает сплавить горную породу из-за кратковременного воздействия. Весь процесс протекает 100 мкс. Кумулятивный заряд перфоратора (рис. 5) представляет собой прессованную шашку бризантного ВВ цилиндрической, конической пли овальной формы — кумулятивная выемка, в которую вставлена металлическая воронка. 
 
 
 
 
 
 
 

       
 
 
 

     Рис. 5. Кумулятивные заряды.

     а — заряд ЗПРВ для перфоратора  ПРВ; б — заряд ЗКПРУ для  разрушающего усовершенствованного перфоратора КПРУ; / — кумулятивная воронка; 2 — крышка; 3 — заряд ВВ; 4 — детонатор промежуточный; 5 — корпус 

     Кумулятивный  заряд перфоратора (рис. 5) представляет собой прессованную шашку бризантного  ВВ цилиндрической, конической пли  овальной формы – кумулятивная выемка, в которую вставлена металлическая воронка. В основании заряда находится детонатор. Инициирование взрыва снаряда производится от взрыва общего гибкого детонирующего шнура, который, в свою очередь, возбуждается от соответствующего взрывного устройства, чаще взрывного патрона.

     Форма заряда позволяет уменьшить массу  ВВ, не участвующую непосредственно  в образовании кумулятивной струи, благодаря чему уменьшается вредное  воздействие взрыва на корпус перфоратора  или обсадную колонну.

     По  способу герметизации кумулятивных зарядов перфораторы делятся на две группы: корпусные и бескорпусные. Корпусные, в свою очередь, подразделяются на перфораторы с многократным использованием корпуса, обозначение которых ПК, и однократного использования – ПКО, ПКОС, ПНК. Бескорпусные перфораторы выпускаются частично разрушающимися — ПКС, ПКР и полностью разрушающимися – КПР, ПР.

     В корпусных перфораторах заряды и  средства взрывания (детонирующий шнур и взрывной патрон) изолированы от внешней среды стальным корпусом, который выдерживает высокие гидростатические давления. Стальной корпус позволяет применять перфораторы этого класса в скважинах на больших глубинах при высоких температурах .и давлениях. Кроме того, корпусные перфораторы не загрязняют ствол скважины после перфорации и не оказывают разрушающего влияния на обсадную колонну и цементный камень в затрубном пространстве.

     Кумулятивные  корпусные перфораторы многократного  использования типа ПК имеют толстостенный  стальной герметичный корпус, в стенках  которого против каждого заряда расположены гнездовые отверстия для прохождения кумулятивной струи. Каждое отверстие герметизируется металлической пробкой и резиновым уплотнением. Оси соседних зарядов и гнездовые отверстия располагаются с шагом, обеспечивающим необходимую плотность перфорации, и сдвинуты относительно соседнего заряда на 90°. Минимальное расстояние между соседними зарядами 75—85 мм. В одном корпусе размещено 10— 12 зарядов. Для увеличения числа зарядов, одновременно опускаемых в скважину, корпусы перфораторов можно соединить. Один корпус выдерживает до 40 групповых взрывов.