Вскрытие пулевыми. ЛБ-7_Вскрытие пулевыми префоратрами. Определение глубины вскрытия пулевыми перфораторами
 Скачать 0.67 Mb.
|
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7 Тема: «Определение глубины вскрытия пулевыми перфораторами» 1. Цель работы Целью работы является закрепление и углубление теоретических знаний, полученных в процессе изучения курса. 2. Порядок выполнения работы 1. Студент определяет свой вариант исходных данных из таблицы 7.1 и 7.2 (номер варианта определяется по последним цифрам зачётной книжки): по последней цифре определяется номер варианта по таблице 7.1, а по предпоследней цифре зачётной книжки из таблицы 7.2. 2. Определить глубину канала, пробиваемая пулейв горной породе и скорость встречи пули с цементом и породой 3. Структура отчета: – титульный лист; – цель работы; – порядок решения задачи; – выводы. Таблица 7.1 Исходные данные № п/ п Показа- тели Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Наимено- вание породы Пе сч ан ик кре пк ий Пе сч ан ик сре дн ий Пе сч ан ик Пла сти чн ый Пе сч ан ик м ягк ий Пе сч ан ик проч ный Пе сч ан ик кре пк ий Пе сч ан ик сре дн ий Пе сч ан ик пла сти чн ый Пе сч ан ик м ягк ий Пе сч ан ик проч ный 1 Масса пули, г 100 120 150 180 210 100 120 150 180 210 2 Скорость пули, м/с 900 950 700 800 500 900 950 700 800 500 Таблица 7.2 Исходные данные № п / п Показа- тели Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Наимено- вание породы Пе сч ан ик кре пк ий Пе сч ан ик сре дн ий Пе сч ан ик Пла сти чн ый Пе сч ан ик м ягк ий Пе сч ан ик проч ный Пе сч ан ик кре пк ий Пе сч ан ик сре дн ий Пе сч ан ик пла сти чн ый Пе сч ан ик м ягк ий Пе сч ан ик проч ный 1 Группа прочности стали М Р К Д К С D K E Л 2 Диаметр эксплуа- тацион- ной ко- лонны, мм 114 127 140 146 168 114 127 140 146 168 3. Основные теоретические сведения Перфорация обсадных колонн и торпедирование в скважинах произ- водятся взрывом заряда на заданной глубине с целью вскрытия продук- тивных пластов и увеличения дебита скважин. Перед началом работ по вскрытию должны быть получены следующие данные: – общая глубина скважины; – длина и диаметр обсадных колонн; – группа прочности металла обсадных труб; – толщина стенки обсадных труб; – высота уровня жидкости; – наличие в скважине пробок, обвалов, повреждений в трубах и т. п. которые могут препятствовать спуску прострелочно-взрывной аппара- туры (ПВА) на нужную глубину; – наличие на забое скважины грязи или глинистого осадка. Указанные данные наносятся графически на продольный разрез по оси скважины. Перфорация скважин (от лат. perforatio – пробуравливание * а. well perforation; н. Durchschießung der Erdolbohrlocher; ф. perforation des puits; и. perforacion de sondeos) – пробивание отверстий в стенках буровой сква- жины против заданного участка продуктивного пласта с целью получе- ния или усиления притока воды, нефти, газа в добычную скважину или пласт. Для перфорации скважин применяют взрывчатые вещества (куму- лятивная, пулевая и снарядная перфорация скважин) и реже поток жид- кости с абразивными материалами (гидропескоструйная перфорация скважин). Существует четыре способа перфорации: пулевая, торпедная, куму- лятивная, пескоструйная. Первые три способа перфорации осуществляются на промыслах гео- физическими партиями с помощью оборудования, имеющегося в их рас- поряжении. Поэтому детально техника и технология этих видов перфо- рации первыми тремя способами изучается в курсах промысловой геофи- зики. Пескоструйная перфорация осуществляется техническими сред- ствами и службами нефтяных промыслов. При пулевой перфорации в скважину на электрическом кабеле спускается стреляющий пулевой ап- парат, состоящий из нескольких (8–10) камер – стволов, заряженных пу- лями диаметром 12,5 мм. Камеры заряжаются взрывчатым веществом (ВВ) и детонаторами. При подаче электрического импульса происходит залп. Пули пробивают колонну, цемент и внедряются в породу. Суще- ствует 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 перпендику- лярному по отношению к оси скважины. Наиболее часто используется кумулятивная перфорация скважин. У пулевых перфораторов скорость выстреливаемой пуле сообщают поро- ховые газы. Хорошую пробивную способность имеет перфоратор верти- кально направленный – ПВН (рис. 7.1). Пуля, двигаясь по каналу (стволу) перфоратора, расположенному параллельно оси скважины, на отклоняющем участке меняет направле- ние полёта и уходит в пласт. Вертикальное расположение каналов в кор- пусе позволяет сделать их достаточно длинными, что в сочетании с вы- соким давлением газов порохового заряда обеспечивает получение ско- рости пули до 900 м/с. Пулевые перфораторы с горизонтальным распо- ложением ствола имеют ограниченное применение и не всегда обеспечи- вают нужное пробитие, т. к. длина канала мала. Снарядная перфорация скважин, осуществляемая так же, как пулевая, только не пулей, а снаря- дом, практически не используется. Изредка перфорацию скважин осу- ществляют взрывом цилиндрических фугасных зарядов, создавая тре- щины в колонне, цементном кольце и породе. Рис. 7.1. Перфоратор ПВН90: 1 – кабельный наконечник; 2 – головка: 3 – заряд; 4 – пуля;5 – корпус; 6 – наконечник Гидропескоструйная перфорация основана на абразивном и гидро- мониторном разрушении преград. При этом в пласте высоконапорными струями жидкости с песком, закачиваемой в скважину с поверхности по трубам и истекающей из сопел устройства, образуются глубокие чистые полости и каналы. Метод сложен. Выбор метода перфорации скважин решается с учётом геологии пла- ста, конструкции скважины, условий бурения, технических данных пер- фораторов, сопутствующих перфорации побочных эффектов и других факторов. При этом определяются тип перфоратора, плотность про- стрела, технология последующих работ. Характер вскрытия при перфо- рации изучается на специальных стендах, где определяются размеры ка- налов и особенности движения жидкости или газа в образце до и после прострела в условиях, приближённых к скважинным. Качество перфора- ции скважин – один из важнейших факторов, определяющих эффектив- ность ее эксплуатации. 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 герметизиру- ющими 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 мгновен- ного сгорания ВВ давление газов в камере достигает 2 тыс. МПа, под дей- ствием которых пуля выбрасывается. Происходит почти одновременный выстрел из половины всех ство- лов. При необходимости удвоить число прострелов по второй жиле ка- беля подается второй импульс и срабатывает вторая половина стволов от второго запального устройства. В этом перфораторе масса заряда ВВ од- ной камеры 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). Диа- метр канала 12 мм. На рис. 7.1 показан пулевой перфоратор с вертикально-криволиней- ными 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 камере достигает 90 г. Давление газов в камерах здесь ниже и составляет 0,6–0,8 тыс. МПа, но действие их более продолжительное. Это позволяет увеличить начальную скорость вылета пули и пробивную спо- собность перфоратора. Длина перфорационных каналов в породе полу- чается 145–350 мм при диаметре около 20 мм. В каждой секции перфора- тора 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 одновре- менно, так как все камеры 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 сек- ций, в каждой из которых имеется по два горизонтальных ствола. Снаряд снабжен детонатором накольного типа. При остановке снаряда происхо- дит взрыв внутреннего заряда и растрескивание окружающей горной по- роды. 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 тор- педной перфорации часты случаи разрушения обсадных колонн. Пулевая и торпедная перфорации применяются ограниченно, так как все больше вытесняются кумулятивной перфорацией. Кумулятивная перфорация осуществляется стреляющими перфора- торами, не имеющими пуль или снарядов. Прострел преграды достига- ется за счет сфокусированного взрыва. Такая фокусировка обусловлена конической формой поверхности заряда ВВ, облицованной тонким ме- таллическим покрытием (листовая медь толщиной 0,6 мм). Энергия взрыва в виде тонкого пучка газов – продуктов облицовки пробивает ка- нал. 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 ка- нал 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 расположен- ные заряды и разделяются на корпусные и бескорпусные. Корпусные перфораторы после их перезаряда используются многократно. Бескор- пусные – одноразового действия. Однако разработаны и корпусные пер- фораторы одноразового действия, в которых легкий корпус из обычной стали используется только лишь для герметизации зарядов при погруже- нии их в скважину. Перфораторы спускаются на кабеле (имеются малогабаритные пер- фораторы, 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 устрой- ство. Масса ВВ одного кумулятивного заряда составляет (в зависимости от типа перфоратора) 25–50 г. Максимальная толщина вскрываемого интервала кумулятивным перфоратором достигает 3,0 м, торпедным – 1 м, пулевым – до 2,5 м. Это является одной из причин широкого распространения кумулятивных пер- фораторов. Рассмотрим устройство корпусного кумулятивного перфоратора ПК-105ДУ (рис. 7.2, а), нашедшего широкое распространение. Рис. 7.2. Перфораторы: а – корпусной кумулятивный перфоратор ПК-105ДУ;1 – головка; 2 – корпус; 3 – заряд кумулятивный; 4 – уплотнение;5 – детонирующий шнур; 6 – взрывной патрон; 7 – наконечник; б – бескорпусный (ленточный) ПКС:1 – кумулятивный заряд в стеклянной и ситаловой оболочке; 2 – лента; 3 – головка; 4 – детонирующий шнур; 5 – взрывной патрон; 6 – груз Электрический импульс подается на взрывной патрон 1, находя- щийся в нижней части перфоратора. При взрыве детонация передается вверх от одного заряда к другому по детонирующему шнуру 2, обвиваю- щему последовательно все заряды. Корпусные перфораторы позволяют простреливать интервал до 3,5 м за один спуск, корпусные одноразового действия – до 10 м и бескор- пусные или так называемые ленточные – до 30 м. Ленточные перфораторы (рис. 7.2, б) намного легче корпусных, од- нако 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 от- верстиях длинной стальной ленты с грузом на конце. Вся гирлянда спус- кается на кабеле. Обычно при залпе лента полностью не разрушается, но для повторного использования не применяется. Головка, груз, лента по- сле отстрела извлекаются на поверхность вместе с кабелем. К недостат- кам бескорпусных перфораторов надо отнести невозможность контроли- рования числа отказов, тогда как в корпусных перфораторах такой кон- троль легко осуществим при осмотре извлеченного из скважины корпуса. Кумулятивные перфораторы нашли самое широкое распростране- ние. Подбирая необходимые ВВ, можно в широких диапазонах регули- ровать 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 актуаль- ной проблемой и до сих пор. В этом отношении определенным шагом вперед было осуществление пескоструйной перфорации, которая позво- ляет получить достаточно чистые и глубокие перфорационные каналы в пласте. Кумулятивный перфоратор (а. jet perforator; н. kumulativer Воhrhammer; ф. perforateur cumulatif; и. perforador cumulativo) – устрой- ство для перфорационных работ в скважине, действие которого основано на кумулятивном эффекте. Основное назначение – создание канала (про- ходящего через обсадную колонну и цементное кольцо) в породу, соеди- няющего скважину с пластом для притока в ствол жидкости или газа. Ка- нал создаётся действием кумулятивной струи, образующейся при взрыве заряда. Глубина и диаметр пробиваемого канала определяются свой- ствами преград, характеристиками заряда, типом и массой взрывчатого вещества, конструкцией кумулятивной воронки и др. Кумулятивный перфоратор применяется для вскрытия продуктив- ных пластов в обсаженных нефтяных, газовых, нагнетательных и других скважинах, когда требуется достаточная глубина перфорационных кана- лов и допускается повышенное механическое воздействие на обсадную колонну. Различают корпусные (рис. 7.1) и бескорпусные (рис. 7.2) куму- лятивные перфораторы. У первых заряды размещены в общем гермети- ческом корпусе с плотностью заряжания (отношению массы взрывчатых веществ к объёму) около 1/30. Корпусные кумулятивные перфораторы бывают многократного и одноразового использования. Кумулятивные перфораторы многократ- ного использования имеют прочный, толстостенный, рассчитанный на 40-50 залпов, корпус с отверстиями, размещёнными против зарядов и пе- рекрываемыми герметизирующими пробками. Заряды невелики и плот- ность заряжания небольшая, что снижает опасность повреждения ко- лонны и цементного кольца при перфорации. Для возбуждения взрыва у перфораторов, спускаемых в скважину на кабеле, применяются взрывные патроны предохранительного действия, не срабатывающие при попада- нии жидкости в перфоратор. Корпусные кумулятивные перфораторы од- норазового использования представляют собой прочную герметизиро- ванную трубу, где размещены заряды и средства взрывания. Такие куму- лятивные перфораторы в сравнении с кумулятивными перфораторами многократного применения несут больший заряд, обеспечивая лучшую пробивную способность выстрела. Кумулятивные перфораторы однора- зового использования, корпус которых усилен стальными втулками, при- меняют при давлениях до 150 МПа в сверхглубоких скважинах. Особый тип – перфоратор, спускаемый на насосно-компрессорных трубах. Такие кумулятивные перфораторы дают возможность проводить вскрытие пла- ста на депрессии, поскольку оборудование позволяет заменить при пер- форации раствор на более лёгкую жидкость – воду или нефть, исключив при этом опасность возникновения фонтана благодаря герметизации устья и засорение пласта частицами глинистого раствора. Бескорпусные кумулятивные перфораторы различаются по карка- сам – извлекаемому или неизвлекаемому. Заряды, по величине равные зарядам корпусных кумулятивных перфораторов одноразового примене- ния одинакового диаметра, у бескорпусных кумулятивных перфораторов размещаются в индивидуальных оболочках из стекла, ситалла, керамики, пластмассы, сплавов алюминия и др. Бескорпусные кумулятивные пер- фораторы высокопроизводительны, позволяют опускать в скважину до нескольких сотен зарядов, хорошо проходят в искривлённых скважинах. К недостаткам, кроме сильного фугасного действия, можно отнести боль- шое количество осколков оболочек зарядов (например, из сплава алюми- ния), засоряющих ствол после взрыва. Кумулятивные перфораторы различаются также размерами, величи- ной и конструкцией заряда и каркаса, давлением и температурой приме- нения, которую определяет термостойкость взрывчатых веществ и средств взрывания. Кумулятивный эффект (рис. 7.3, 7.4, 7.5)заключается в придании направленности взрыву за счет того, что передняя часть заряда ВВ вы- полняется в форме воронки. Воронка способствует тому, что взрывная волна и поток частиц идут не параллельно, а фокусируются в одной точке. В этой точке – фокусе, мощность взрыва максимальна и очень вы- сока (относительно массы и количества заряда). Поэтому кумулятивные припасы имеют "вытянутый" вид, хотя сам заряд составляет примерно треть от длины боевой части припаса, и сделано это для того и с таким расчетом, чтобы снаряд остановился и разорвался на определенном рас- стоянии от брони или любого другого препятствия. В настоящее время нет брони, способной выдержать кумулятивный взрыв, поэтому всякими методами броню защищают, например, накидывают на нее разный хлам – ящики, проволоку и т. д. (т. к. подрыв заряда раньше времени сводит на "нет" всю эффективность кумуляции). Рис. 7.3. Этапы взрыва кумулятивного заряда: 1 – заряд;2 – детонатор; 3 – облицовка; 4 – пробиваемая преграда; 5 – фронт детонационной волны; 6 – продукты детонации;7 – начало формирования кумулятивной струи; 8 – струя пробивает преграду; 9 – струя оторвалась и пробила преграду Рис. 7.4. Последовательные стадии разрушения металлической обо- лочки и формирования кумулятивной струи (получены методом импульс- ной рентгенографии): а – коническая оболочка перед разрушением; б – начало разрушения – детонационная волна достигла вершины конуса; в – образование струи (через 4,8 мксек после окончания детонации); г – металлическая струя через 22,5 мксек после окончания детонации заряда Рис. 7.5. Фотография разрушения, произведённого в стальной мишени действием заряда с кумулятивной выемкой: а – без металлической облицовки; б – с металлической облицовкой; в – действием сплошного заряда Глубина канала, пробиваемая пулейв горной породе, находится из эмпирической формулы [4] 2 , K n п V l k m d = (7.1) где k – коэффициент, зависящий от физико-механических свойств пород (таблица 7.2); l К – глубина канала, см; m n – масса пули, г; d n – диаметр пули, см; (d n = 2,0 2,5 см); V – скорость встречи пули с цементом и породой, м/с. Таблица 7.2 Значение коэффициента k от наименования пород Наименование пород Предел прочности пород на сжатие, МПа k ∙10 -3 Песчаники и известняки: крепкие средние пластичные мягкие 60–80 30–60 15–30 10–15 0,5–0,7 0,7–1,5 1,5–3,0 30…50 Цементы: прочные средние слабые 15–30 10–15 5–15 1,5–3,0 3,0–5,0 5,0–9,0 Скорость встречи пули с цементом и породой ( ) 0,5 0 3 2 10 , k n E E V m − − = (7.2) где Е 0 – энергия пули со стенкой обсадной колонны, Дж; Е k – потеря энергии при пробивании стенки обсадной колонны, Дж. 2 3 0 0 0,5 10 , n E m V − = (7.3) где 2 0 V – скорость встречи пули со стенкой обсадной колонны, м/с. Потеря энергии пули при пробивании колонны определяется из уравнения 1,5 1,4 27 , K b п k E d b = (7.4) где b – временное сопротивление разрыва материала колонны, Мпа (табл. 7.3); b k – толщина стенки колонны, м; Таблица 7.3 Значения временного сопротивления разрыва материала колонны в за- висимости от группы стали Группа стали С D K E Л М Р Т b , МПа 550 650 700 750 800 900 1100 1000 Контрольные вопросы для проверки и самопроверки 1. Какие требования предъявляют к кумулятивным перфораторам? 2. От чего зависит длина канала, пробиваемого кумулятивной струей? 3. Какие типы кумулятивных перфораторов вы знаете? |