Техника и технология перфорационных работ.

Для пробивки отверстий в обсадной колонне и соединения их с пластом применяются различные методы перфорации скважин: пулевая, торпедная, кумулятивная и гидропескоструйная.

Пулевой перфоратор (ПП) длиной 1 м и диаметром 100 мм, заряженный спрессованным порохом и десятью стальными пулями, на каротажном кабеле спускают в заполненную глинистым раствором скважину, устанавливают против заданного интервала продуктивного пласта и проводят выстрелы. Глубина отверстий в породе не превышает 5-7 см. На основе стендовых испытаний и промыслового опыта установлено, что многие пули пулевого перфоратора застревают в колонне, в цементном камне и лишь только небольшое число их пробивает породы пласта.

Торпедный перфоратор (ТПК) отличается от пулевого тем, что в его стволы вместо пуль вставляют снаряды диаметрами27 или 37 мм. Эти снаряды пробивают обсадную трубу, проникают в продуктивный пласт, взрываются и создают в нем разветвленную сеть трещин, по которым в перфорационные отверстия притекает нефть или газ. Недостатком торпедной перфорации является то, что в стволе скважины образуются заусенцы и нарушается герметичность цементного камня в результате его растрескивания. Кроме того, как и при пулевой перфорации, многие торпедные снаряды не пробивают обсадные трубы. Поэтому в настоящее время пулевая и торпеднаяперфорации редко применяются на промыслах.

В настоящее время перфорацию скважин в основном проводят с рименением кумулятивных перфораторов (ПК), снабженных зарядами с конусной выемкой, которые позволяют фокусировать взрывные потоки газов и направлять их с большой скоростью перпендикулярно к стенкам скважины (рис. 7).

В кумулятивный перфоратор вставляют шашку из спрессованного порошкообразного взрывчатого вещества, которая имеет конусную выемку, облицованную металлической пластинкой.
При взрыве заряда с помощью детонатора струя газа вместес расплавленным металлом - из облицовки прорывается со стороны вершины конуса нормально поверхности выемки и, концентрируясь, движется вдоль оси заряда с чрезвычайно большой скоростью, достигающей 10 км/с.

За счет большого давления, порядка 3-5 тыс. МПа, и абразивного действия расплавленного металла в преграде образуются отверстия.

Установлено, что кумулятивный заряд массой 24 г пробивает обсадную трубу толщиной 12 мм, цементный камень за колонной и песчаники продуктивного пласта на глубину 200- 250 мм. Увеличение заряда в 2 раза повышает эффективность перфоратора в 1,3-1,5 раза. Диаметры отверстий при кумулятивной перфорации составляют 16-18 мм при глубине скважины до 2000 м. При увеличении глубины до 4000 м диаметр и длина отверстий уменьшаются более чем в 2 раза, что объяс

3 8

Рис. 7. Схема образования отверстия кумулятивным зарядом:

1 - заряд, 2 - детонатор, 3 - кабель, 4 - зона распространения горения заряда, 5 - металлическая у 1 облицовка, 6 - коллектор, 7 - перфорационное отверстие в коллекторе, 8 - цементный камень, 9 - обсадная труба

няется стесненными условиями движения затопленной в жидкости струи газов. Пробивная способность кумулятивного перфоратора также зависит от расстояния между перфоратором и стенкой скважины.

Кумулятивные перфораторы бывают корпусные и бескорпусные. Корпусные перфораторы выпускаются двух диаметров - 100 и 80 мм, в их стволы вставляют кумулятивные заряды. Выстрелы производят путем замыкания электрической цепи в установке, за один спуск делают 10-12 выстрелов. Для бескорпусных перфораторов кумулятивные заряды делают в стеклянных или пластмассовых оболочках и устанавливают в круглые сквозные отверстия алюминиевой ленты. Бескорпусные перфораторы спускают в скважину на каротажном кабеле до заданной глубины. При выстреле стеклянные или пластмассовые оболочки полностью разрушаются. Бескорпусные перфораторы позволяют значительно увеличить массу кумулятивных зарядов, следовательно, и их пробивную способность.

В настоящее время созданы малогабаритные перфораторы, позволяющие перфорировать скважины через насоснокомпрес-сорные трубы. Имеются кумулятивные перфораторы, спускаемые в неперфорированные скважины с заранее сниженными уровнями в насосно-компрессорных трубах. После прострела отверстий жидкость из пласта поступает в скважину, которая вступает сразу в эксплуатацию без проведения дополнительных спускоподъемных операций. Эти перфораторы называются трубными.

Преимущества кумулятивной перфорации - это ее высокая пробивная способность, отсутствие заусенцев на каемках перфорационных отверстий и ненарушение герметичности цементного камня за колонной как между перфорационными отверстиями, так и между нефтегазоносными и водоносными пластами.

Рис.. 8. Гидропеско-перфоратор:

1 - хвостовик-перо, 2 - корпус, 3 - шариковый клапан, 4 - держатель насадок, 5 - насадка, 6 - заглушка

Существует также гидропескоструйный перфоратор (ГПП). Этот перфоратор (рис. 8) состоит из толстостенного корпуса, в который ввинчивается до десяти насадок из абразивно стойкого материала (керамики, твердых сплавов) диаметрами отверстий 3-б мм. Гидропескоструйный перфоратор спускают в скважину на насосно-компрессорных трубах. Для проведения перфорации скважины с поверхности бросают шар, который закрывает сквозное отверстие перфоратора. Затем с помощью насосных агрегатов АН-500 или АН-700 в скважину через насосно-компрессорные трубы закачивают жидкость с песком или глинистый раствор, при выходе которых из насадок развиваются огромной скорости абразивные струи. В результате за короткое время пробиваются отверстия в обсадных трубах, цементном камне и породах, ствол скважины соединяется с продуктивным пластом. В зависимости от диаметра насадок, их числа и скорости закачки глубина перфорационных отверстий достигает до 40-60 см. При этом не нарушается герметичность цементного камня за колонной и не изменяются свойства пород пласта у поверхности перфорационных отверстий.

Для перфорации скважин ГПП применяют кварцевый песок диаметром 0,3-0,8 мм. В качестве жидкости-песконосителя на нефтяных и газовых скважинах используют углеводородную жидкость, на нагнетательных скважинах - воду. Концентрация песка в жидкости составляет 50-100 г/л в зависимости от вязкости жидкости-песконосителя и скорости прокачки.

При перфорации на устье скважины создается давление до 40 МПа. Темп прокачки смеси жидкости с песком составляет 3-4 л/с на одну насадку. При этом объемная скорость струи в насадке достигает 200-300 м³/сут, а перепад давления - 18-22 МПа. Продолжительность перфорации одного интервала-15-20 мин. После перфорации заданного интервала перфоратор поднимают и устанавливают на следующий заданный интервал и операция повторяется.

Разработаны конструкции гидропескоструйных перфораторов с установкой насадок под углом 2-3°, что позволяет перфорировать большей толщины пласт, а также предохраняет перфоратор от абразивного действия отраженной струи.

С применением гидропескоструйного перфоратора получают точечные кольцевые и продольные перфорационные отверстия в скважине. Продольные отверстия получаются за счет попеременного растягивания и сокращения труб при пульсации жидкости, закачиваемой поршневыми насосами. Для получения точечных отверстий над перфоратором устанавливают гидравлический якорь.

Гидропескоструйный перфоратор также применяют для выполнения ряда других работ в скважинах: срезание обсадных насосно-компрессорных и бурильных труб и извлечение их из скважины по частям; разрушение металла, случайно упавшего в скважину или оставленного в скважине в результате аварий, а также разрушение цементного стакана и твердых песчано-глинистых пробок в скважине; создание глубоких кольцевых и продольных щелей для проведения направленных гидравлического разрыва пласта и кислотной обработки и установления непроницаемых экранов в пласте; расширение призабойной зоны в необсаженной части ствола скважины и др.

Наиболее высокой пробивной способностью обладают гидропескоструйные перфораторы, затем - кумулятивные. Однако на промыслах в основном применяют кумулятивную перфорацию, что объясняется технологичностью процесса и сравнительно низкой стоимостью его осуществления по сравнению с ГПП. Высокая стоимость гидропескоструйной перфорации обусловлена необходимостью проведения дополнительных спускоподъемных операций с предварительным глушением скважин глинистым раствором или минерализованной водой, установкой противовыбросового оборудования и т.д.