на чем основан принцип действия кумулятивного перфоратора
На чем основан принцип действия кумулятивного перфоратора
Основное назначение – перфорирование колонны, создание каналов в цементном камне и горной породе.
Кумулятивные корпусные перфораторы
Прочный герметизируемый корпус защищает размещенные в его полости кумулятивные заряды и средства детонирования от непосредственного контакта со скважинной жидкостью и действия гидростатического давления. Кумулятивные перфораторы спускают в скважину на кабеле. Корпусные перфораторы присоединяют к кабелю с помощью кабельного наконечника КГ 60-3, поставляемого независимо от перфораторов. Для присоединения к кабельному наконечнику верхняя часть головки перфораторов снабжена резьбой, а с целью обеспечения электровзрывной цепи – герметичным электровводом. В электровводе имеется изолированный центральный контакт, в канал которого перед свинчиванием перфоратора с кабельным наконечником вставляют контакт последнего, соединенный с токопроводящей жилой кабеля.
Инициирование группы кумулятивных зарядов, размещенных в корпусе перфоратора, осуществляют детонирующим шнуром, который срабатывает от взрывного патрона предохранительного действия ПВПД. Поскольку отказ взрывного патрона ПВПД обусловлен заполнением жидкостью воздушного промежутка в детонационной цепи, его располагают в нижней части перфоратора под кумулятивными зарядами, что исключает срабатывание ДШ и кумулятивных зарядов также в случае частичного заполнения корпуса жидкостью. Детонирующий шнур проходит через отверстия или пазы в хвостовой части кумулятивных зарядов, располагаясь внутри корпуса по спирали.
Корпусные перфораторы многократного использования ПК-105-7, ПК-105У, ПК-105С-7
Предназначены для вскрытия продуктивных пластов в обсаженных эксплуатационных и разведочных скважинах, используются заряды ЗПК – 105С – 7, ЗПК – 105 – 7, ЗПК – 105 – У, ЗПК – 105 DN
Такие перфораторы имеют прочный толстостенный корпус из высоколегированной стали, неразрушаемый и малодеформируемый при взрыве кумулятивных зарядов. Для прохода кумулятивных струй стенки корпуса перфоратора снабжены расположенными по спирали ступенчатыми окнами, которые загерметизированы дюралюминиевыми дисками и резиновыми пробками. Резьбы на концах корпуса, предназначенные для свинчивания с наконечником и головкой, позволяют непосредственно соединять между собой два или три корпуса и, следовательно, спускать за один рейс в скважину удвоенное или утроенное число зарядов. В расточке нижней части корпуса установлен и с помощью пружинного кольца зафиксирован пластмассовый диск (крестовина) с взрывным патроном ПВПД, один из проводников которого прикручен к пружинному кольцу (рис.2).
Рис. 2. Кумулятивные корпусные перфораторы многократного использования.
Перфораторы типа ПК 95Н являются перфораторами повышенной эффективности и отличаются тем, что они снабжены зарядами в металлических оболочках, а боковые окна корпуса закрыты ввинтными пробками и уплотнительными прокладками.
Могут быть применены заряды с беспестовыми порошковыми облицовками, обеспечивающими улучшение гидродинамической связи пласта со скважиной и позволяющими эффективно вскрывать пласты с низкими коллекторскими свойствами. Имеют хорошую проходимость, минимальную засоряемость скважины осколками зарядов и деталями перфоратора, малое фугасное воздействие на крепь скважины, возможность многократного использования корпуса перфоратора.
Недостатки: ограничения по проходному диаметру, малая мощность вскрываемого интервала за один спуск.
МАТЕРИКОВАЯ ДОБЫЧА НЕФТИ
ПОДГОТОВКА СКВАЖИН К ЭКСПЛУАТАЦИИ
Пулевая перфорация
Для вторичного вскрытия применяют пулевые перфораторы залпового действия с вертикально-наклонными стволами ПВН90, ПВН90Т, ПВТ73, ПВК70 (диаметры 90, 73, 70 мм), которые могут спускаться в обсадную колонну с минимальным внутренним диаметром 117,5 и 98 мм. В перфораторах типа ПВН в двух взаимно перпендикулярных плоскостях попарно расположены четыре ствола. Для взаимного уравновешивания сил реакции парные стволы идут от общих пороховых камер навстречу друг другу.
Классификация пулевых перфораторов
В нефтедобыче применяют следующие типы пулевых перфораторов:
Характеристики пулевых перфораторов
| Показатель | Марка перфоратора | |
| ПВКТ70 | ПВТ73 | |
| Максимальное гидростатическое давление, МПа | 100 | |
| Максимальная температура,°С | 200 | |
| Минимальное гидростатическое давление в скважине, МПа | — | |
| Минимальный внутренний диаметр обсадной колонны (или НКТ ) для малогабаритных перфораторов, мм | 98 | |
| Число труб в интервале перфорации | 1-3 | |
| Репрессия («+») | + | |
| Депрессия («-«) | ||
| Максимальное число зарядов, отстреливаемых на спуск | 12 | 10 |
| Максимальная плотность перфорации за спуск, число отверстий на 1 м | 2 | |
| Полная длина* канала в комбинированной мишени при твердости породы (не менее) 700 МПа, мм | ||
| Средний диаметр канала, мм (не менее), при твердости породы 700 МПа | 25 | 20 |
| *Комбинированная мишень состоит из стальной (Ст3) пластины толщиной 10 мм, цементного камня толщиной 20 мм и искусственного песчаника с твердостью по штампу не менее 700 МПа | ||
Кумулятивная перфорация
Механизм образования кумулятивной струи следующий. При взрыве вещества в виде цилиндрического заряда происходит почти мгновенное превращение его в газоподобные продукты, которые разлетаются во все стороны в направлениях, перпендикулярных к поверхности заряда. Суть эффекта кумуляции в том, что газоподобные продукты детонации части заряда, называющиеся активной частью и движущиеся к оси заряда, концентрируются в мощный поток, который называется кумулятивной струей. Если углубление в заряде облицовано тонким слоем металла, то при детонации заряда вдоль ее оси образуется кумулятивная струя, состоящая не только из газоподобных продуктов, но и из размягченного металла, который выделяется из металлической облицовки.
По гидродинамической теории кумуляции (М.А. Лаврентьев и Г.И. Покровский), длина пробитого канала lк в перегородке не зависит от механической прочности материала перегородки, а определяется только соотношением плотностей материалов струи ρс и перегородки ρп:
Таким образом, длина канала в перегородке при проникновении в нее кумулятивной струи почти не зависит от прочности перегородки, благодаря чему кумулятивные перфораторы можно применять для вскрытия пластов с наиболее прочными породами.
В связи с этим кумулятивные заряды перфораторов изолируют от скважинной жидкости путем размещения их в индивидуальные герметические оболочки (бескорпусные перфораторы) или в общие герметические корпуса (корпусные перфораторы).
Корпусные кумулятивные перфораторы
Корпусные кумулятивные перфораторы обеспечивают наименьшее нежелательное воздействие на обсадную колонну и затрубное цементное кольцо, так как основную часть энергии взрыва заряда воспринимает корпус перфоратора. При этом в зависимости от особенностей корпуса перфораторы делят на корпусные многоразового (ПК) и корпусные одноразового (ПКО) использования.
Марки корпусных кумулятивных перфораторов многоразового использования:
Области применения корпусных кумулятивных перфораторов многоразового использования марок ПК, ПКДУ, ПКН, ПК-10х4:
| Показатель | Марка перфоратора | |||
| ПК85ДУ | ПК105ДУ | ПК80Н | ПК95Н | |
| Максимальное гидростатическое давление, МПа | 80 | 120 | ||
| Максимальная температура,°С | 180 | 200 | ||
| Минимальное гидростатическое давление в скважине, МПа | — | |||
| Минимальный внутренний диаметр обсадной колонны (или НКТ ) для малогабаритных перфораторов, мм | 98 | 118 | 96 | 118 |
| Число труб в интервале перфорации | 1 | 1-2 | 1-3 | |
| Репрессия («+») | + | |||
| Депрессия («-«) | ||||
| Максимальное число зарядов, отстреливаемых на спуск | 20 | |||
| Максимальная плотность перфорации за спуск, число отверстий на 1 м | 12 | |||
| Полная длина* канала в комбинированной мишени при твердости породы (не менее) 700 МПа, мм | 95 | 145 | 185 | 255 |
| Средний диаметр канала, мм (не менее), при твердости породы 700 МПа | 3 | 8,5 | 10 | 12 |
| *Комбинированная мишень состоит из стальной (Ст3) пластины толщиной 10 мм, цементного камня толщиной 20 мм и искусственного песчаника с твердостью по штампу не менее 700 МПа | ||||
Марки корпусных кумулятивных перфораторов одноразового использования:
Области применения корпусных кумулятивных перфораторов одноразового использования:
| Показатель | Марка перфоратора | |||||||
| ПНКТ73 | ПНКТ89 | ПКО73 | ПКО89 | ПКОТ73 | ПКОТ89 | |||
| ЗПКО73 | ЗПКО73Е | ЗПКО89 | ЗПКО89Е | |||||
| Максимальное гидростатическое давление, МПа | 100 | 45 (сталь Е») | 70 | 120 (сталь Е») | ||||
| Максимальная температура,°С | 170 | 180 | 200 | 180 | 200 | |||
| Минимальное гидростатическое давление в скважине, МПа | — | 20 | 10 | 20 | 10 | 40 | 50 | |
| Минимальный внутренний диаметр обсадной колонны (или НКТ ) для малогабаритных перфораторов, мм | 96 | 118 | 96 | 118 | 96 | 118 | ||
| Число труб в интервале перфорации | 1-3 | |||||||
| Репрессия («+») | + | |||||||
| Депрессия («-«) | — | |||||||
| Максимальное число зарядов, отстреливаемых на спуск | 250* | 60 (100°С) | 20 (100°С)* | 45 (100°С)* | 15 (100°С) | 40 (100°С) | 20 (100°С) | |
| Максимальная плотность перфорации за спуск, число отверстий на 1 м | 6 | 10 | 6 | 10 | 10 | |||
| Полная длина** канала в комбинированной мишени при твердости породы (не менее) 700 МПа, мм | 155 | 250 | 155 | 250 | 155 | 250 | ||
| Средний диаметр канала, мм (не менее), при твердости породы 700 МПа | 11 | 12 | 11 | 12 | 11 | 12 | ||
| *Максимальное число зарядов, отстреливаемых за спуск устанавливают в зависимости от геолого-технических условий в скважине, состояния колонны и цементного камня, качества корпусов и средств взрывания. При минимально допустимых зазорах между перфоратором и обсадной колонной и (или) низком качестве корпусов и средств взрывания максимальное число одновременно отстреливаемых зарядов должно быть уменьшено и устанавливается в каждом конкретном случае. **Комбинированная мишень состоит из стальной (Ст3) пластины толщиной 10 мм, цементного камня толщиной 20 мм и искусственного песчаника с твердостью по штампу не менее 700 МПа | ||||||||
Бескорпусные кумулятивные перфораторы
Бескорпусные кумулятивные перфораторы с зарядами в индивидуальных оболочках позволяют значительно ускорять проведение прострелочно-взрывных работ, так как за один спуск перфоратора может быть вскрыто 30 м пласта. Малогабаритными бескорпусными перфораторами можно выполнять вторичное вскрытие пластов, спуская их внутрь насосно-компрессорных труб. Однако степень воздействия этих перфораторов на обсадную колонну и цементное кольцо значительно больше, чем при использовании корпусных перфораторов. Кроме того, после взрыва зарядов на забое остаются обломки от корпусов заряда и соединяющих деталей, наличие которых позже может привести к осложнениям при эксплуатации скважины.
Классификация бескорпусных кумулятивных перфораторов:
Области применения бескорпусных кумулятивных перфораторов:
| Показатель | Марка перфоратора | |||||||
| ПКСУЛ80 | ПКСУЛ80-1 | ПКС105У | ПР43 | ПР54 | КПРУ65 | |||
| Максимальное гидростатическое давление, МПа | 50 | 80 | ||||||
| Максимальная температура,°С | 100 | 150 | ||||||
| Минимальное гидростатическое давление в скважине, МПа | 10 | 10 | — | |||||
| Минимальный внутренний диаметр обсадной колонны (или НКТ ) для малогабаритных перфораторов, мм | 96 | 118 | 50 | 62 | 76 | |||
| Число труб в интервале перфорации | 1-3 | 1 | 1-2 | |||||
| Репрессия («+») | + | — | — | |||||
| Депрессия («-«) | + | + | ||||||
| Максимальное число зарядов, отстреливаемых на спуск | 100* | 100 | 300 | |||||
| Максимальная плотность перфорации за спуск, число отверстий на 1 м | 6 | 11 | 6 | 10 | 8 | |||
| Полная длина** канала в комбинированной мишени при твердости породы (не менее) 700 МПа, мм | 165 | 275 | 120 | 150 | 200 | |||
| Средний диаметр канала, мм (не менее), при твердости породы 700 МПа | 8 | 12 | 8 | 10 | 9 | |||
| *Максимальное число зарядов, отстреливаемых за спуск устанавливают в зависимости от геолого-технических условий в скважине, состояния колонны и цементного камня, качества корпусов и средств взрывания. При минимально допустимых зазорах между перфоратором и обсадной колонной и (или) низком качестве корпусов и средств взрывания максимальное число одновременно отстреливаемых зарядов должно быть уменьшено и устанавливается в каждом конкретном случае. **Комбинированная мишень состоит из стальной (Ст3) пластины толщиной 10 мм, цементного камня толщиной 20 мм и искусственного песчаника с твердостью по штампу не менее 700 МПа | ||||||||
Перфорационные каналы
Размеры перфорационных каналов, которые образуются при отстреле зарядов наиболее распространенных кумулятивных перфораторов в поверхностных условиях и при давлении 30 МПа по одинаковым целям с породой прочностью при одноосном сжатии 45 МПа, показаны на рисунке ниже.