Кумулятивная перфорация скважин
Способы перфорации скважин
Кумулятивная перфорация осуществляется стреляющими перфораторами, не имеющими пуль или снарядов. Прострел преграды достигается за счет сфокусированного взрыва. Такая фокусировка обусловлена коняческой 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.
Ленточные перфораторы 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. Однако получение достаточно чистых с точки доения 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.
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.
Устройство корпусного кумулятивного перфоратора ПК-105ДУ
1) - взрывной патрон; 2) - детонирующий шнур; 3) - кумулятивный заряд; 4) - электропровод.
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.
Устройство пулевой перфоратор с вертикально-криволинейными стволами ПВН-90
На рисунке показан пулевой перфоратор с вертикально-криволинейными стволами ПВН-90. При вертикальном расположении стволов объем камер и длина стволов больше.Одна камера 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 накольного 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.Торпедная и пулевая перфорация применяются ограниченно, так как все больше вытесняются кумулятивной перфорацией.
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 кумулятнвным перфоратором достигает 30 м, торпедным - 1 м, пулевым - до 2,5 м. Это является одной из причин широкого распространения кумулятивных перфораторов.
Рассмотрим устройство корпусного кумулятивного перфоратора ПК-105ДУ, 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 последовательн
oil-ecn.ru
Кумулятивная перфорация - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Кумулятивная перфорация
Cтраница 1
Кумулятивная перфорация связана с ожиданием геофизической партии. Работа выполняется только в дневное время и чревата опасностью из-за небольших глубин и, зачастую, незаполненности колонны жидкостью из-за поглощения, а ГПП требует больших затрат. Размеры перфорационных отверстий не позволяют производить закачку в поглощающие пласты различных наполнителей, что приводит к многократному цементированию. [1]
Кумулятивная перфорация характеризуется большой пробивной способностью в твердых и плотных преградах и не вызывает повреждений обсадных колонн и цементного кольца. Поэтому кумулятивную перфорацию целесообразно применять при твердых породах, в условиях наиболее трудного сообщения ствола скважины с пластом. [3]
Кумулятивная перфорация осуществляется в основном корпусными перфораторами типа ПК, ПКО, ПКОТ и бескорпусными типа ПКС. [4]
Кумулятивная перфорация осуществляется стреляющими перфораторами, не имеющими пуль или снарядов. Прострел преграды достигается за счет сфокусированного взрыва. Энергия взрыва в виде тонкого пучка газов - продуктов облицовки пробивает канал. [5]
Кумулятивная перфорация осуществляется стреляющими перфораторами, не имеющими пуль или снарядов. Прострел колонны, цементного камня и породы достигается за счет сфокусированного взрыва. Энергия взрыва в виде тонкого пучка газов - продуктов облицовки - пробивает канал. [6]
Кумулятивная перфорация осуществляется стреляющими перфораторами, не имеющими пуль или снарядов. Прострел преграды достигается за счет сфокусированного взрыва. 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. [7]
Кумулятивная перфорация осуществляется стреляющими перфораторами, не имеющими пуль или снарядов. Прострел преграды достигается за счет сфокусированного взрыва. Энергия взрыва в виде тонкого пучка газов - продуктов облицовки пробивает канал. [8]
Кумулятивная перфорация связана с ожиданием геофизической партии, работа вьшолняется только в дневное время и чревата опасностью из-за небольших глубин и зачастую незаполненности колонны жидкостью из-за поглощения, а ГТШ требует больших затрат. Размеры перфорационных отверстий не позволяют вести закачку в поглощающие пласты различных наполнителей, что приводит к многократному цементированию. [9]
Кумулятивная перфорация скважин основана на пробивном действии высокоскоростных струй, образующихся при взрыве зарядов кумулятивных перфораторов. [10]
Иногда кумулятивную перфорацию целесообразно применять совместно с пулевой и торпедной. В первом случае получают глубокие каналы, а во втором и третьем - трещины в твердых и плотных породах. [11]
Иногда кумулятивную перфорацию целесообразно применять совместно с пулевой и торпедной. В первом случае получают глубокие каналы, а во втором и третьем - трещины в твердых и плотных породах. [12]
При кумулятивной перфорации с помощью ПК-103 с плотностью более 10 отверстий на 1 м на всех участках нарушается контакт цементного кольца с колонной в зонах перфорации и на прилегающих к ним участках протяженностью 10 м н более. Интервалы нарушений при этом возрастают с увеличением мощности залпа, а также на участках с первоначальным плохим или частичным контактом, или наличием зон кавернозности. [13]
После кумулятивной перфорации с применением чистых жидкостей последующей герметизации образованных каналов в контактной зоне не происходит. Как следствие, на практике довольно часто получают высокий процент обводненности продукции в момент вызова притока и сразу же, в первые дни эксплуатации скважин. [14]
При кумулятивной перфорации в плотных породах образуются каналы диаметром 16 - 18 мм и глубиной 200 - 250 мм ( с увеличением мощности зарядов она может быть увеличена), в т
www.ngpedia.ru
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ ПЕРФОРАЦИИ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ СКВАЖИН
Одной из важнейших задач в строительстве эксплуатационной скважины является вызов притока пластового флюида из пласта-коллектора. Для этого необходимо обеспечить наличие устойчивой гидросвязи в системе скважина – пласт путем пробития геометрической системы каналов через обсадную колонну, цементное покрытие и продуктивный пласт.
Именно для этой цели предназначены перфорационные системы кумулятивных зарядов. Основное назначение кумулятивных перфораторов - пробитие отверстий в обсадной колонне и цементном кольце и создание перфорационных каналов в продуктивном пласте. Процесс создания этих отверстий и называется перфорацией.
Кумулятивная перфорация в сравнении с остальными методами перфорации является наиболее эффективной в сравнении комплекса трех факторов: результативность (позволяет за доли секунды пробить целую систему каналов), цена и время, затраченное на работу (на произведение кумулятивной перфорации уходят часы, в то время, как произведение перфорации другими известными способами занимают сутки, а с учетом того, что сутки работы скважины могут обходиться в сотни тысяч долларов, кумулятивный метод перфорации является наиболее экономически выгодным). Для перфорации используют кумулятивные заряды с взрывчатым веществом. Конструкция кумулятивного заряда и тип установленного в нем взрывчатого вещества зависят от физических характеристик пласта и определяют размеры пробиваемых зарядами каналов. От глубины пробития этих каналов зависят дебиты скважины.
Цель - составить общую характеристику взрывчатых веществ, используемых в современных перфорационных системах, а также выявить взрывчатое вещество с наиболее оптимальными параметрами для использования в различных температурных условиях. Данная работа была подготовлена при консультировании у специалиста компании Schlumberger.
Классификация взрывчатых веществ
Перфорирование предусматривает применение высокомощных взрывчатых веществ, обращение с которыми требует большой осторожности. Большинство взрывчатых веществ, применяемых при перфорировании, являются бризантными взрывчатыми веществами, то есть такими, для возбуждения детонации которых необходимо воздействие другого источника. Цепную реакцию, как правило, запускает капсюль-детонатор.
Взрывчатые вещества — это химические соединения или смеси веществ, способные в определённых условиях к крайне быстрому (взрывному) самораспространяющемуся химическому превращению с выделением тепла и образованием газообразных продуктов. Взрывчатые материалы характеризуются высокой скоростью детонации, от 7000 до 9000 м/с.
По форме работы взрыва взрывчатые вещества делятся на инициирующие (первичные) и бризантные (вторичные).
Инициирующие взрывчатые вещества обладают высокой чувствительностью к внешним воздействиям (воздействию огня, удару, горению, трению). Их основной особенностью является то, что горение их, вызванное поджогом, переходит во взрыв. Инициирующие взрывчатые вещества используются в детонаторах (например азид свинца Pb(N3)2. Для бризантных взрывчатых веществ требуется бóльшая энергия для инициирования; они используются в детонационных шнурах и в кумулятивных зарядах. Химическая реакция протекает в фронте ударной волны через взрывчатое вещество при сверхзвуковых скоростях (7000 м/с и более), что приводит к короткому импульсу давления до 28 000 МПа.
Кумулятивные заряды содержат корпус, некоторое количество бризантного взрывчатого вещества, и металлическую облицовку, которая вставлена в бризантное взрывчатое вещество (рис.1).
Усилитель детонации состоит из чистого бризантного вещества и играет роль надежного передатчика энергии детонации от детонационного шнура к кумулятивному заряду в то время, как к основной массе бризантного взрывчатого вещества добавляются флегматизаторы – вещества, снижающие чувствительность заряда к внешним физическим воздействиям для предотвращения случайной детонации.
Рисунок 1. Схема устройства кумулятивного заряда
Увеличив количество взрывчатого вещества внутри корпуса с кумулятивным зарядом можно увеличить глубину пробития. Однако недостаток этого способа состоит в том, что часть энергии, высвобождаемой за счет детонации, распространяется в направлениях, отличающихся от направления кумулятивной струи. В случае применения в нефтяных скважинах, это может привести к повреждению ствола скважины и соответствующего оборудования, что не желательно.
Рисунок 2. Названия взрывчатых веществ в различных системах
Для сравнения взрывчатых веществ, приведенных в таблице (рис.2), были выделены следующие характеристики: скорость детонации, теплота взрыва, температура вспышки и цена за килограмм (цены приведены по состоянию на 1980 год и отражают лишь относительную величину закупочной стоимости взрывчатых веществ) (рис.3). Как видно из таблицы, тротил сильно проигрывает своим современным аналогам по всем характеристикам, кроме температуры вспышки. Октоген, по сравнению с остальными взрывчатыми веществами обладает большей скоростью детонации и теплотой взрыва, что позволяет говорить о его исключительной мощности. Пикриламинодинитропиридин обладает наибольшей температурной устойчивостью, благодаря чему лучше сохраняет свою стабильность в условиях высоких пластовых температур. Также пикриламинодинитропиридин при невысоких мощностных показателях обладает самой высокой стоимостью производства, поэтому его использование является выгодным только в крайне высокотемпературных скважинах.
Рисунок 3. Основные характеристики взрывчатых веществ
Производительность взрывчатого вещества в кумулятивном заряде можно представить, как совокупность двух характеристик: скорости детонации и теплоты детонации (рис. 4).
Рисунок 4. Производительность взрывчатых веществ, используемых при перфорации
Температурная стабильность, а также время, в течение которого на перфоратор будет действовать пластовая температура играет определяющую роль в выборе взрывчатого вещества. Зависимость времени стабильности взрывчатки от температуры отражена на графике (рис.5). По истечении этого времени заряды могут произвольно сдетонировать или не сдетонировать вовсе.
Таким образом мы можем составить рейтинги производительности и температуры для взрывчатых веществ, на которые отражают приоритетность выбора того или иного взрывчатого вещества при различных условиях (рис.6).
Рисунок 5. График зависимости времени стабильности взрывчатого вещества от температуры для разных видов взрывчатых веществ (PYX –пикриламинодинитропиридин, HNS - гексанитростильбен, RDX – гексоген, HMX – октоген)
Рисунок 6. Рейтинги производительности (справа) и температурной стабильности (слева)
Выводы:
1) Температурная стабильность и время воздействия температуры на взрывчатые вещества являются первоочередными факторами при подборе взрывчатых веществ для кумулятивных зарядов, используемых при перфорации скважин.
2) Сегодня одним из самых эффективных и сбалансированных взрывчатых веществ по таким критериям как цена, температурная устойчивость и мощность является октоген (HMX). Взрывчатое вещество такого типа применяются на более чем 85% перфорационных работ в нефтегазовой сфере во всем мире, в том числе и на месторождениях Сахалино-Курильского региона (Пильтун-Астохском, Лунском, Киринском, Одопту, Чайво, Арктун-Дагинское).
3) Для скважин с высокими температурами (месторождение Тенгиз в Казахстане) (>150оС) целесообразно использовать взрывчатые вещества с высокой температурной стабильностью (гексанитростильбен HNS и пикриламинодинитропиридин PYX). В силу того, что разница температурной стабильности между ними невелика, а ценовой диапазон значителен, гексанитростильбен HNS более предпочтителен для использования.
sibac.info
Кумулятивный заряд для глубокой перфорации нефтяных и газовых скважин и способ перфорации
Изобретение относится к нефтяной промышленности, в особенности к взрывным работам в скважинах, и может быть использовано для увеличения продуктивности нефтяных скважин. Обеспечивает увеличение пробивной способности перфоратора за счет объемной фокусировки кумулятивной струи. Сущность изобретения: заряд выполнен из трех кумулятивных секций. К центральной секции по ее конической поверхности, диаметрально противоположно вдоль корпуса перфоратора вплотную пристыкованы две боковые секции. Детонирующий шнур подсоединен только к центральной секции. Кумулятивные воронки выполнены из пресс-порошкового материала с элементами тяжелых металлов. Способ заключается в силовом воздействии струи взрывных газов, образованной описанным кумулятивным зарядом, на горную породу. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к нефтяной промышленности, в особенности к взрывным работам на скважинах, и может быть использовано для увеличения нефтеотдачи продуктивных пластов.
Известны корпусные кумулятивные перфораторы типа ПК многократного использования и типа ПКО - однократного, известны также и бескорпусные перфораторы (1). Во всех указанных перфораторах используются кумулятивные заряды конической формы (2). Эти перфораторы неплохо зарекомендовали себя при прострелочно-взрывных работах на скважинах и обеспечивают неплохую пробивную способность, создавая перфорационные каналы 160 мм по стальным мишеням и более. Однако на поздних стадиях разработки нефтяных месторождений необходима более глубокая перфорация. Известен перфоратор (3), изготовленный в виде трубчатого корпуса, в котором на всю длину корпуса располагаются три линейных заряда. Каждый линейный заряд в сечении имеет форму угольника. Вершины всех трех линейных зарядов сходятся в центре корпуса. Такая конструкция зарядов обеспечивает линейную форму пробития, но не увеличивает пробивную способность, так как энергия распределяется по всей длине заряда. Известен зарядный модуль кумулятивного перфоратора (4). Зарядный модуль состоит из основания, кумулятивных зарядов, канала, заполненного взрывчатым веществом (ВВ), уширений на концах зарядного модуля, облицованных металлом. Наружные поверхности металлических облицовок утоплены относительно торцовых поверхностей. Детонационная волна производит последовательное инициирование кумулятивных зарядов. В кумулятивных зарядах формируются кумулятивные струи. Недостатком этого технического решения является недостаточная глубина перфорации скважин, что особенно важно для месторождений, находящихся на поздней стадии разработки. Наиболее близким, по нашему мнению, является кумулятивный заряд для глубокой перфорации нефтяных и газовых скважин, содержащий центральную кумулятивную секцию, две боковые кумулятивные секции, вплотную и диаметрально пристыкованные к внешней поверхности центральной секции, детонирующий шнур, подведенный только к центральной секции для обеспечения задержки во времени взрыва боковых секций, и способ перфорации нефтяных и газовых скважин с использованием этого кумулятивного заряда (5). Заряд хорошо работает при прострелочных работах, однако величина пробивной способности также недостаточна. Целью настоящего изобретения является увеличение пробивной способности перфоратора за счет объемной фокусировки кумулятивной струи. В части устройства эта техническая цель достигается тем, что кумулятивный заряд для глубокой перфорации нефтяных и газовых скважин содержит центральную кумулятивную секцию, две боковые кумулятивные секции, вплотную и диаметрально пристыкованные к внешней поверхности центральной секции, детонирующий шнур, подведенный только к центральной секции для обеспечения задержки во времени взрыва боковых секций. Центральная кумулятивная секция выполнена конической по внешней боковой поверхности, а боковые секции выполнены с возможностью обеспечения слияния струй всех трех секций в одну за счет объемной фокусировки. Кумулятивные воронки выполнены из пресс-порошкового материала. В части способа техническая цель достигается тем, что способ перфорации нефтяных и газовых скважин заключается в силовом воздействии струи взрывных газов, образованной описанным кумулятивным зарядом, на горную породу. На чертеже изображен предлагаемый заряд кумулятивного перфоратора. Заряд помещен в трубчатый корпус 1 кумулятивного перфоратора. Этот заряд состоит из трех секций: центральной 2 и двух боковых 3. Детонирующий шнур 4 подсоединен к центральной секции, 5 - сечение детонирующего шнура. Заряд закрепляется с помощью втулки 9, опорного диска 7 и резиновой пробки 6. Кумулятивная воронка 8 выполнена из пресс-порошкового материала, содержащего элементы тяжелых металлов. Основа функционирования заряда - задержка во времени взрыва боковых секций. Под действием детонирующего шнура происходит взрыв центральной секции 2. По достижении детонации до боковых секций происходит их инициирование с образованием боковых струй. Струи всех трех секций за счет объемной фокусировки сливаются в одну, при этом продолжительность действия и энергия струи будет больше, чем у одиночного заряда. Это обеспечивает увеличение пробивной способности. Выполнение заряда из трех секций с подсоединением детонирующего шнура только к центральной создает объемную направленность и увеличивает продолжительность и энергию силового воздействия струи взрывных газов на горную породу (ГП), обеспечивая увеличение глубины пробивных каналов, создавая благоприятные условия для увеличения дебита эксплуатационных или приемистости нагнетательных скважин. Выполнение кумулятивных воронок из пресс-порошкового материала исключает пестообразование, закупоривающее пробиваемые каналы в горной породе. Способ перфорации состоит в том, что кумулятивный перфоратор, состоящий из корпуса 1, с установленными в него предлагаемыми кумулятивными зарядами, опускается в скважину на кабеле с помощью геофизического подъемника в интервал продуктивного пласта, после чего приводится в действие путем подачи электрического тока для инициирования электродетонатора и детонирующего шнура. Источники информации 1. Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам в скважинах под редакцией Н.Г. Гигоряна, М., Недра 1970 г., с. 82-85 и далее. 2. То же, стр. 102, рис. 44. 3. Патент США 5564499 "Перфоратор", МКИ Е 21 В 29/02, НКИ 166/29, опубликован 15.10.96. 4. А.с. СССР 1810503 "Зарядный модуль кумулятивного перфоратора", МКИ Е 21 В 43/116, опубликовано 14.02.91, Бюл. 15. 5. Патент РФ 2068493, МКИ Е 21 В 43/116, опубликовано 27.10.1996.Формула изобретения
1. Кумулятивный заряд для глубокой перфорации нефтяных и газовых скважин, содержащий центральную кумулятивную секцию, две боковые кумулятивные секции, вплотную и диаметрально пристыкованные к внешней поверхности центральной секции, детонирующий шнур, подведенный только к центральной секции для обеспечения задержки во времени взрыва боковых секций, отличающийся тем, что центральная кумулятивная секция выполнена конической по внешней боковой поверхности, а боковые секции выполнены с возможностью обеспечения слияния струй всех трех секций в одну за счет объемной фокусировки, причем кумулятивные воронки выполнены из пресс-порошкового материала. 2. Способ глубокой перфорации нефтяных и газовых скважин, заключающийся в силовом воздействии струи взрывных газов, образованной кумулятивным зарядом, на горную породу, отличающийся тем, что используют кумулятивный заряд по п. 1.РИСУНКИ
Рисунок 1findpatent.ru
Кумулятивная перфорация - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2
Кумулятивная перфорация
Cтраница 2
При кумулятивной перфорации в пласте пробиваются каналы большей глубины, чем при пулевой. В случае близкого расположения водоносных пластов и пропластков рекомендуется снижать плотность перфорации и не применять стрельбу залпами. Во время перфорации скважина должна быть заполнена жидкостью, имеющей наименьшее закупоривающее действие ( нефть, РНО, тластовая вода), либо перфорацию следует производить при депрессии. [16]
При кумулятивной перфорации глубина перфорационных каналов существенно меньше зоны кольматации первичного вскрытия, а воздействие интенсивных ударных волн на эксплуатационную колонну и цементный камень приводит, в ряде случаев, к разгерметизации скважин со стороны газоносных и водоносных горизонтов, т.е. появляются заколонные перетоки. [17]
При кумулятивной перфорации в плотных породах создаются каналы диаметром 16 - 18 мм и глубиной 200 - 250 мм ( с увеличением мощности снарядов она может быть увеличена), в то время как пулевые перфораторы в тех же условиях создают каналы диаметром 8 - 11 мм п глубиной 50 - 100 мм. [18]
При кумулятивной перфорации в плотных породах создаются каналы диаметром 16 - 18 мм, длиной до 200 - 250 мм ( при увеличении мощности зарядов она может быть увеличена), в то время как пулевые перфораторы в тех же условиях создают каналы диаметром 8 - 11 мм и глубиной 50 - 100 мм. В последнее время в ряде районов стали применять метод гидропескоструйной перфорации, при котором обеспечивается наилучшая по сравнению с другими методами связь скважины с пластом. Однако поскольку этот метод является довольно трудоемким, его применение целесообразно лишь в тех случаях, когда более дешевые методы пулевой и кумулятивной перфорации не дают нужного эффекта. [20]
При кумулятивной перфорации той же плотности прострелов дебит несколько выше и составляет соответственно 17 9; 34 7; 56 6; 60 8; 86 и 87 5 % дебита совершенной скважины. [21]
При кумулятивной перфорации в плотных породах образуются каналы диаметром около 17 мм глубиной 20 - 250 мм ( с увеличением мощности зарядов она может быть увеличена), в то время как пулевые перфораторы в тех же условиях создают каналы диаметром 8 - 11 мм глубиной 5 - 100 мм. [22]
При кумулятивной перфорации вблизи скважины у приемного моста подготавливают площадку для установки на ней оборудования, аппаратуры и инструмента промыслово-геофизи-ческой партии. У площадки должен быть установлен щит для подключения аппаратуры геофизической партии к электрической сети. [23]
При кумулятивной перфорации создаются отверстия без повреждения колонны и цементного кольца. [24]
При кумулятивной перфорации давления развиваются кратно и на порядок выше. [25]
При кумулятивной перфорации отверстия в обсадной колонне образуются в результате прожигания металла направленной огненной струей. При этом происходит незначительное разрушение цементного камня за колонной. [26]
При кумулятивной перфорации отверстия в обсадной колонне образуются в результате прожигания металла направленной огненной струей. При этом происходит незначительное разрушение цементного камня ЭР колонной. [27]
При кумулятивной перфорации отверстия в колонне образуются в результате прожигания металла направленной огненной струей. [28]
При кумулятивной перфорации стенки колонны и цементный камень пробиваются направленной струей газов и расплавленного металла, образующейся при взрыве специальных зарядов. Эта струя обладает большой пробивной силой, обеспечивающей образование отверстий в обсадной колонне и цементном камне без значительного их повреждения. Кроме того, струя раскаленных газов, проникая в пласт, создает значительной глубины каналы, улучшающие фильтрационные свойства призабойной зоны. [29]
При кумулятивной перфорации стенки колонны и цементный камень пробиваются направленной струей газов и расплавленного металла, образующейся при взрыве специальных зарядов. Эта струя обладает большой пробивной силой, обеспечивающей образование отверстий в обсадной колонне и цементном камне без значительного их повреждения. Кроме того, струя раскаленных газов, проникая в пласт, создает значительной глубины
www.ngpedia.ru
Кумулятивный заряд для перфорации скважин
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Обеспечивает повышение эффективности перфорации. Кумулятивный заряд для перфорации скважин выполнен в виде трех кумулятивных частей: центральной и боковых, вплотную пристыкованых к центральной. Комбинация трех кумулятивных частей образует единое целое. Центральная часть удлиненная с постоянным симметричным поперечным сечением. Боковые части образованы вращением половины поперечного сечения центральной части на 180° вокруг оси симметрии. Заряд находится в общем корпусе и имеет единую облицовку. Облицовка выполнена из порошкового материала. 3 ил.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и предназначено для использования в прострелочно-взрывной аппаратуре для вторичного вскрытия продуктивных пластов (перфорации нефте- и газодобывающих скважин) и обеспечивает создание перфорационных каналов в обсадных трубах с повышенной начальной площадью, а также может быть использовано в других отраслях для создания отверстий, перебивания элементов конструкций и разрушения материалов с использованием энергии взрыва.
В настоящее время известно большое количество различных конструкций зарядов для перфорации нефте- и газодобывающих скважин. Действие кумулятивных зарядов (КЗ) основано на способности кумулятивной струи, образуемой при детонации заряда взрывчатого вещества (ВВ) с облицованной кумулятивной выемкой, пробивать отверстия в преградах.
Как правило, скважины вскрывают пласт на всю его мощность, но они сообщаются с пластом через ограниченное число перфорационных отверстий в эксплуатационной колонне. Гидродинамическое несовершенство скважин влечет за собой появление дополнительных фильтрационных сопротивлений, возникающих в призабойной зоне и у стенок скважины в результате отклонения геометрии течения жидкости от плоскорадиального потока, а также в результате сгущения линий токов у перфорационных отверстий, вызывающих местное повышение скоростей движения жидкости.
С целью снижения значения коэффициента гидродинамического несовершенства скважин разработчики при создании новых конструкций зарядов для перфорации, как правило, стремятся увеличить глубину пробиваемых перфорационных каналов (до 800...1200 мм). Однако при малом начальном диаметре канала (около 10...12 мм), резко сужающемся по его длине, не происходит существенного повышения фильтрационной поверхности, причем узкая часть каналов либо вообще не работает, либо работает непродолжительное время. Кроме того, при заканчивании скважин с интенсификацией нефтепритока (например, при планировании гидроразрыва пласта), а также в неукрепленных коллекторах с пескопроявлением первостепенное значение имеет не глубина перфорационного канала, а величина его диаметра.
Вместе с тем на сегодняшний день большинство нефтяных компаний Западной Сибири достигли того порога, когда месторождения с "легкой нефтью", требующие минимум капитальных вложений, находятся на последней стадии разработки, падающей добычи. В то же самое время большие запасы углеводородов сосредоточены в низкопроницаемых коллекторах, либо обладают такими геолого-физическими свойствами, которые делают разработку данных залежей традиционными методами неэффективной. Для освоения данных природных ресурсов необходимо применение методов увеличения нефтеотдачи (МУН), что требует создания в обсадной колонне перфорационных отверстий с большой площадью сечения. Однако специально созданные для этих целей осесимметричные кумулятивные заряды (заряды типа "Big Hole") ведущих отечественных и мировых производителей пробивают в обсадной колонне отверстия с начальной площадью не более 2...7 см2 и глубиной 140...220 мм [Каталоги Halliburton, Schlumberger, ФГУП "Металлист" и др.]. Дальнейшее совершенствование конструкции данных зарядов в плане увеличения диаметра перфорационного отверстия является практически исчерпанным, так как требует увеличения габаритов взрывных устройств, при этом возникают непреодолимые трудности их размещения в скважине.
Известен также кумулятивный перфоратор (Патент RU 2291285 от 10.01.2007), содержащий неразрушающийся при взрыве корпус в виде трубы, в котором посредством деталей крепления установлены детонирующие удлиненные заряды с продольной кумулятивной выемкой, соединенные детонирующим шнуром со взрывателем. Перфоратор такой конструкции позволяет значительно увеличить удельную площадь вскрытия пласта за счет использования удлиненных кумулятивных зарядов (вместо осесимметричных). Однако использование удлиненных кумулятивных зарядов (УКЗ), применяемых в настоящее время для взрывной резки конструкций, не позволяет достичь желаемой глубины канала.
Прототипом изобретения является кумулятивный заряд для глубокой перфорации нефтяных и газовых скважин (Патент RU 2197601 от 30.01.2001), наиболее близкий по технической сущности к предлагаемому изобретению. Данный заряд содержит центральную кумулятивную секцию, две боковые кумулятивные секции, вплотную и диаметрально пристыкованные к внешней поверхности центральной секции, детонирующий шнур, подведенный только к центральной секции для обеспечения задержки времени взрыва боковых секций, центральная кумулятивная секция выполнена конической по внешней боковой поверхности, а боковые секции выполнены с возможностью обеспечения слияния струй всех трех секций в одну за счет объемной фокусировки, кроме того, кумулятивные воронки выполнены из пресс-порошкового материала.
Однако заряд данной конструкции предназначен для глубокой перфорации скважин, а его применение не позволяет получать перфорационные отверстия в обсадной трубе с повышенной начальной площадью.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение притока нефти или газа в полость трубы скважины за счет увеличения начальной площади перфорационных каналов в обсадной колонне при сохранении достаточной глубины перфорации и обеспечения возможности более эффективного использования методов увеличения нефтеотдачи.
Технический результат достигается тем, что комбинация трех кумулятивных частей заряда образует единое целое, причем центральная часть является удлиненной и имеет постоянное симметричное поперечное сечение, а боковые части образованы вращением половины поперечного сечения центральной части на 180° вокруг оси симметрии, причем заряд расположен в общем корпусе и имеет единую кумулятивную облицовку, выполненную из порошкового материала.
На фиг.1 представлен вид спереди кумулятивного заряда в разрезе по продольной оси симметрии.
На фиг.2 представлен поперечный разрез кумулятивного заряда (вид слева).
Фиг.3 - кумулятивный заряд (вид сверху).
На фигурах: 1 - корпус заряда, 2 - взрывчатое вещество, 3 - кумулятивная облицовка, 4 - детонирующий шнур, l - длина центральной части кумулятивного заряда, r - радиус боковой части кумулятивного заряда.
Работа предлагаемого устройства. Инициирующий импульс передается заряду ВВ посредством, например, детонирующего шнура (4). В результате взрывчатого превращения заряда ВВ из центральной и боковых частей кумулятивного заряда формируются кумулятивные потоки, состоящие из частиц облицовки (3) и продуктов детонации, которые при высокоскоростном взаимодействии с материалом преграды (обсадная труба, цементное кольцо и продуктивный пласт) образуют в последней перфорационные каналы.
Если при подрыве осесимметричного КЗ из кумулятивной облицовки формируется струя (точка в проекции на плоскость пробиваемой преграды), то из облицовки УКЗ формируется так называемый кумулятивный «нож» (линия в проекции на плоскость пробиваемой преграды), в результате чего концентрация энергии растягивается.
Форма боковых частей кумулятивного заряда позволяет сформировать два кумулятивных потока (две кумулятивных струи), направленных в область внедрения кумулятивного «ножа» в преграду. Дополнительное действие кумулятивных струй обеспечивает увеличение глубины пробития по сравнению с УКЗ.
При изготовлении заряда выбор длины его центральной части в диапазоне (0...10)r позволяет регулировать форму перфорационного отверстия и глубину формируемого канала. Так, с ее увеличением происходит увеличение площади образующегося перфорационного отверстия, при этом глубина канала уменьшается. При уменьшении длины центральной части показатели, характеризующие эффективность действия заряда, стремятся к показателям аналога - осесимметричного КЗ.
Предлагаемая конструкция заряда позволяет значительно увеличить начальную площадь перфорационных каналов по сравнению с зарядами типа "Big Hole" за счет перераспределения энергии взрыва по площади прорезаемой преграды, что обеспечивается наличием центральной части. По сравнению с УКЗ увеличивается глубина пробития за счет формирования высокоскоростных кумулятивных потоков из боковых частей заряда.
Таким образом, совокупность (комбинация) трех кумулятивных частей (центральной и двух боковых), являющихся единым зарядом, позволяет одновременно увеличить площадь перфорационных отверстий и глубину прорезаемого канала.
Кумулятивная облицовка заряда выполняется из порошковых материалов, что обеспечивает увеличение коэффициента перехода материала облицовки в струю, а следовательно, увеличение глубины пробития преграды, а также не приводит к запестовыванию сформированного канала.
Пример конкретного выполнения. Испытаны заряды, имеющие длину центральной части 15, 30 и 45 мм и ширину кумулятивной облицовки 40 мм. Испытания проводились по комбинированной мишени, представляющей собой стальную пластину толщиной 10 мм и бетонный блок толщиной 500 мм, выдержанный при затвердевании в воде в течение 28 дней. В результате испытаний зарядов получены перфорационные отверстия, имеющие соответственно начальную площадь 5,5; 8,9; 11,5 см2 и глубиной соответственно 350; 180 и 150 мм.
Кумулятивный заряд для перфорации скважин, выполненный в виде трех кумулятивных частей: центральной и боковых, вплотную пристыкованных к центральной, отличающийся тем, что комбинация трех кумулятивных частей образует единое целое, причем центральная часть - удлиненная с постоянным симметричным поперечным сечением, а боковые части образованы вращением половины поперечного сечения центральной части на 180° вокруг оси симметрии, кроме того, заряд находится в общем корпусе и имеет единую облицовку, выполненную из порошкового материала.
findpatent.ru
