Способ проведения взрывных перфорационных работ в скважинах

(73) Товарищество с ограниченной ответственностью фирмы Уралкам(54) СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ ПЕРФОРАЦИОННЫХ РАБОТ В СКВАЖИНАХ(57) Цель: гашение как взрывного давления, так давпени ном упр перед сж давлени ное отве разруша располо выражен гидравлического удара при одновременщении способа. Сущность изобретения: иганием заряда в скважине компенсатор устанавливают над зарядом так что входрстие в полости компенсатора, перекрытое мой диафрагмой, обращено к заряду и ено от него на расстоянии, определяембм ием, приведенном в тексте описания. 1 ип5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чИзобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способам проведения взрывных перфорационных работ в скважине, заполненной жидкостью, Изобретение предназначено для использования при бурении, исследовании, испытании, эксплуатации и ремонте скважин, когда ряд важных операций выполняется с использованием энергии взрывчатых веществ, а именно вскрытие продуктивных пластов кумулятивными перфораторами, предупреждение или ликвидация аварий в скважинах путем торпедирования ствола скважины торпедами фугасного и направленного действия, повышение отдачи и приемистости пластов путем сжигания в скважине пороховых зарядов или взрывания зарядов взрывчатого вещества пороховыми генераторами давления или торпедами и т,д. При проведении взрывных работ.в скважине, например при перфорации, возникают большие (по показаниям крешерных приборов до 200 МПа и более) взрывные давления, которые отрицательно действуют как на крепь скважины (эаколонный цементный камень, обсадную колонну) так и на продуктивный пласт. Энергия взрыва настолько велика, что столб скважинной жидкости, находящийся над интервалом взрыва, поднимается вверх, и это поднятие происходит до тех пор, пока энергия продуктов взрыва не будет израсходована полностью, После этого столб жидкости свободно падает, в результате чего происходит гидравлический удар, В результате гидравлических ударов помимо дальнейшего растрескивания заколонного цементного камня, происходит усиленное загрязнение продуктивного пласта через уже образованные перфорационные каналы. При этом время воздействия взрывного импульса составляет 8-10 мс, а время воздействия импульса гидроудара определяется величиной до 500 мс. Поэтому и разрушающее действие гидроударов более чем в 10 раз может превосходить разрушающее действие взрывного давления.Известен способ проведения взрывных перфорационных работ в скважине, согласно которому взрыв осуществляют корпусным перфоратором, а для устранения отрицательного влияния взрыва взрывчатых веществ в корпусе перфоратора раэмещают компенсатор давления,.имеющий полость, заполненную газом и перекрытую предохранительным элементом в виде поршней. Однако размещение компенсатора вкорпусе корпусного перфоратора позволяет частично стравливать лишь взрывные давления, возникающие под действием взрыва взрывчатых веществ внутри корпуса корпусного перфоратора. При этом взрывное давление, возникающее в результате формирования кумулятивной струи в скважине, остается непогашенным, либо в лучшем случае компенсатер стравит лишь хвостовую часть ударной волны, Давление гидроударов этим способом вообще не гасится,Известен также способ проведения взрывных перфорационных работ в скважине. включающий сжигание заряда в среде скважинной жидкоста и установку над зарядом компенсатора бездиафрагменного типа, например трубчатого, представляющего собой отрезок трубы с заваренными с обоих концов торцами.Хотя этот способ прост по технологии, однако и он также позволяет частично компенсировать лишь взрывное давление, возникающее после сжигания заряда в среде скважинной жидкости, но не позволяет гасить давление гидравлических ударов, возникающих вследствие подъема столба скважинной жидкости газообразными продуктами сжигания заряда и последующего падения столба, так как компенсатор беэдиафрагменного типа под действием взрывного давления снимается и полностью теряет работоспособность.Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности является способ проведения взрывных перфорационных работ в скважине, включающий сжигание заряда в среде скважинной жидкости и установку над разрядом компенсатора давления с полостью, входное отверстие которой перекрыто разрушаемой диафрагмой.Недостатком известного способа является то, что он несмотря на возможность многократного использования компенсатора давления путем замены диафрагмы по сравнению с компенсаторами беэдиафрагменного типа, также частично погасив лишь взрывное давление, теряет свою работоспособность, поскольку расположенное сбоку корпуса компенсатора входное отверстие полости компенсатора в результате разрушения взрывом диафрагмы заполняется скважинной жидкостью, Поэтому погасить возникающее в результате падения поднятого продуктами взрыва столба скважинной жидкости давление гидроудара этим способом также невозможно.Предлагаемый способ проведения взрывных перфорационных работ в скважине решает техническую задачу обеспечения при проведения этих работ гашения каквзрывного давления, так и давления гидравлического удара при одновременном упрощении способа,Укаэанная техническая задача решается благодаря тому, что о известном 5способе проведения взрывных перфорационных работ о скважине. включающем сжигание заряда в среде скважиннойжидкости и установку над зарядом компенсатора давления с полостью, входное отверстие которой перекрыто разрушаемойдиафрагмой, компенсатор давления устанавливают входным отверстием, обращенным к заряду, на расстоянии от заряда,определяемом выражением 151( РвСж Ч/ЯЕСг,где- 1-3, числовой коэффициент, характеризующий эффективность гашения импульса давления;Рв - взрывное давление, Н/м;2,Сж - скорость звука в среде скважиннойжидкости, м/с;Ч - обьем полости компенсатора, м; 253,5 - площадь перекрытого диафрагмойвходного отверстия компенсатора, м;Е - модуль Юнга, для скважинной жидкости Е = 10 Н/м;12 2,Сг - скорость звука в воздухе,м/с, 30В настоящее время из общедоступныхисточников информации нам не известныспособы проведения взрывных перфорационных работ в скважине, в которых обеспечивалось бы гашение как взрывного 35давления, так и давления гидроудара за счеттого, что ко времени возникновения гидроудард полость компенсдтора была бы не заполнена скважинной жидкостью (либозаполнена только частично), при этом обеспечивалась бы простота способа. Поэтомузаявляемый способ проведения взрывныхперфорационных работ о скважине соответствует критерию "новизна", так кдк не известен из уровня техники, 45Только благодаря предложенному размещению компенсатора давления над зарядом. а именно входным отверстием, перекрытым разрушаемой диафрагмой, абра щенным к заряду, и на определенном расстоянии Ь донной части корпуса компенсатора(в которой выполнено входное отверстие) к моменту возникновения гидроудара полость компенсатора будет еще не заполнена сква жинной жидкостью, либо произойдет лищь частичное ее заполнение. что и позволяет погасить следующее за взрывным давлением давление гидроуддрд Установка компенсаторд дделения надзарядом входным отверстием, расположенным, например, вверху или сбоку корпусакомпенсатора, приведет к тому, что, оо-первых, увеличится область в скважине, подверженная отрицательном ф ооздействиюэнергии взрыва, т.к. ударная волна должнапройти большее расстояние (на длину корпуса компенсатора), чтобы разрушить диафрагму в корпусе и стравить взрывноедавление. Во-вторых, поскольку скоростьсжатия столба жидкости сильно меняется напути сжатия, то на расстоянии порядка длины корпуса компенсатора скорость сжатиястолба еще более уменьшится, что приведетк увеличению контакта открытой полостикомпенсатора со скважинной жидкостью. Врезультате этоо произойдет заполнениеполости компенсатора полностью, и он ужене будет реагировать на последующие изменения давления в скважине.К этому же результату приведет увеличение раСстояния междудонной частью корпуса компенсатора давления и зарядом, т,к,и в этом случае после взрыва и разрушениядиафрагмы полость компенсатора полностью заполняется скважинной жидкостью,Как следствие, будет, погашено тольковзрывное давление и не будет гаситься давление гидроуддра.На чертеже представлен продольныйразрез скважины с размещенным в ней перфоратором взрывного типа и компенсатором давления,Для осуществления предлагаемого способа проведения взрывных перфорационных работ в скважине производятследующие операции: подводят к скважинеподъемник с установленной на нем лебедкой; снаряжают перфоратор: подвешиваютснаряженный перфоратор к кабельной головке геофизического кабеля; устанавливаютвзрыв-патрон и соединяют с жилой геофизического кабеля посредством токопровода;подвешивают груз к нижнему концу перфоратора; крепят к кабельному переводникугеофизического кабеля выше перфораторакомпенсатор давления входным отверстиемв полости, обращенным к зарядам перфоратора. Затем собранную компоновку подъемником опускают в скважину в интервалперфорации, подают импульс на взрыв-патрон и осуществляют сжигание зарядов перфоратора. После отстрела зарядов в зонеперфорации производят подъем компоновки на устье скважины.П р и м е р. Снаряжают перфоратор 1необходимым количеством зарядов Г.наряхенный перфоратор 1 подоешиедю к кабель ой головке 2 геоФизического кабеля 3.2001249 5 10 Ь : 1( РвСж Ч/5 ЕСг,Формула изобретенияСПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ ПЕРФОРАЦИОнных РАБОТ В скВАжинАх, включающий сжигание заряда в среде скважинной жид кости и установку над зарядом компенсатора давления с полостью, входное отверстие которой перекрыто разрушаемой диафрагмой, отличающийся тем, что компенсатор давления устанавливают входным отверстием, обращенным к заряду, на расстоянии и от заряда, определяемом выражениемЬЕс,У Э Е с,чЗатем устанавливают взрыв-патрон и соединяют с жилой геофизического кабеля 3 посредством токопровода (на чертеже не показано). К нижнему концу перфоратора 1 подвешивают груз 4, а выше перфоратора 1 на расстоянии й до донной части компенсатора, определяемом выражением где М -1-3, числовой коэффициент, характеризующий эффективность гашения импульса давления;Рв - взрывное давление, Нlм;С - скорость звука в среде скважинной жидкости, м/с:Ч - обьем полости компенсатора, м;з.5 - площадь перекрытого диафрагмой входного отверстия компенсатора, м;Е - модуль Юнга, для скважинной жидкости Е =-10 Н/м;Сг - скорость звука в воздухе,м/с, устанавливают компенсатор давления 5.Так для цилиндрической полости компенсатора длиной 1 м с внутренним радиусом 3 см и радиусом входного отверстия 1 см, при скорости звука в воздухе (т.к. снаряжение компенсатора происходит йа земной поверхности) Сг = 340 м/с, скорости звука в среде скважинной жидкости Ск =1500 м/с, взрывном давлении Рв =4 10 Н/м,9 имеем высоту подвески компенсатора от заряда порядка 0,2 М (м), При этом компенсатор давления 5 устанавливают так, что входное отверстие б, перекрытое разрушаемой диафрагмой 7, обращено в сторону зарядов перфоратора 1, Собранную компоновку подъемником опускают в скважину так, чтобы перфоратор 1 находился в интервале перфорации 8. Воспламенение и взрыв зарядов перфоратора 1 производят в среде скважинной жидкости 9.После взрыва столб скважинной жидкости 9 поднимается вверх, при этом давление 15 20 25 30 35 40 45 взрыва за время порядка 10 - 10с разрушает диафрагму 7, перекрывающую входное отверстие б компенсатора давления 5. Начинается процесс заполнения полости компенсатора вначале скважинной жидкостью, а затем по мере сжатия низа столба скважинной жидкости продуктами взрыва будет происходить заполнение полости этими продуктами взрыва. Для замера компенсированных давлений были использованы крешерные приборы, закрепленные на расстоянии 100-150 мм от компенсатора, показания с которых снимали после подьщча всей компоновки на поверхности. Изменение величин давлений гидроударов определялось по изменению (уменьшению) подьема столба скважинной жидкости. Замеры показали, что снижение величины взрывного давления достигается не менее чем на 60; (что составляет не менее 120 МПа), а также снижение величины давления гидроудара достигается на 50 и более (чем составляет не менее 30 МПа), что не менее чем в 2-3 раза уменьшает загрязнение призабойной зоны продуктивного пласта, а также обеспечивает целостность заколонного цементного камня при проведения взрывных перфорационных работ в скважине,Изобретение может быть использовано во всех нефтегазодобывающих районах страны уже в настоящее время, Способ прост по технологии, так как изготовление компенсаторов давления и замена разрушенных диафрагм на новые доступно любым механическим мастерским нефтегазодобывающих управлений,(56) Патент США М 3163112,кл. Е 21 В 43/116, 1964.Инструкция по вторичному вскрытию продуктивного пласта с применением щадящего режима перфорации. Пермь; ПермНИПИнефть, 1989, с. 5-7,где М 1 - 3 - числовой коэффициент, характеризующий эффективность гашения импульса давления;Рв - взрывное давление, Н/м;2.сж - скорость звука в среде скважиннойжидкости, м/с;Ч - обьем полости компенсатора, м;Я - площадь перекрытия диафрагмойвходного отверстия компенсатора, м;Е - модуль Юнга для скважиннои жидкости, Н/м;сг- скорость звука в воздуе,м/составитель В. Неволиекред М,гЛоргентал Редактор Т, Смирнова Корректор М.Максимищинец Заказ 311 Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж. Рауыская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина