Перфорація

Після закінчення буріння в свердловину, як правило, опускають одну або кілька обсадних колон і роблять цементування затрубного простору.

Розкриття пластів, які намічені для випробування або розробки за даними геофізичних методів дослідження свердловин, здійснюється за допомогою стріляючих апаратів – перфораторів. Процес утворення отворів в обсадних трубах, цементі і гірській породі називається перфорацією свердловин. Для перфорації свердловин використовуються кумулятивні (безкульові), кульові та торпедні перфоратори. Тип перфоратора і щільність перфораційних отворів на одиницю довжини свердловини визначаються конструкцією свердловини та літологією пласта-колектора.

Найбільше поширення одержала кумулятивна перфорація. Кумулятивні перфоратори відрізняються від кульових розмірами, конструкцією, потужністю і продуктивністю заряду. Кумулятивний заряд перфоратора складається з вибухової речовини (гексогену), детонатора, металевої виїмки, яка облицьовує кумулятивну виїмку, і захисного корпусу (Рис. 10.1). У момент вибуху детонатора у кумулятивному заряді поширюється хвиля детонації, що рухається вздовж осі заряду до основи кумулятивної виїмки, і продукти вибуху стискають металеву виїмку. У металі виникають дуже великі тиски, і рідкий металевий струмінь зі швидкістю 6-8 км/с викидається вздовж осі виїмки. Металевий струмінь робить на перешкоду тиск порядку 10¹⁰ Па, глибоко проникає в неї і створює канал значної довжини.

Глибина каналу, пробитого в перешкоді, залежить від щільності, механічних властивостей матеріалу й обсадної колони, гідростатичного, гірського та пластового тисків, навколишньої температури та інших факторів.

За способом герметизації зарядів кумулятивні перфоратори підрозділяються на дві групи – корпусні та безкорпусні.

До корпусних кумулятивних перфораторів відносяться перфоратори багаторазової та одноразової дії. У корпусних кумулятивних перфораторах заряди, детонаційний шнур і вибуховий патрон змонтовані в сталевому герметичному корпусі, який сприймає гідростатичний тиск і дію ударної хвилі під час проведення вибуху. Кумулятивні перфоратори багаторазової дії витримують від 10 до 50 залпів.

Кумулятивні корпусні перфоратори одноразової дії типу ПКО і ПКОТ розраховані на разове використання: при пострілі їхні корпуси руйнуються.

Безкорпусні кумулятивні перфоратори представляють собою гірлянду з окремих кумулятивних зарядів, кожний з яких укладений у герметичну оболонку і сприймає зовнішній гідростатичний тиск. При пострілі оболонки зарядів руйнуються.

Існують стрічкові безкорпусні кумулятивні перфоратори типу ПКС. Вони складаються з голівки, тонких металевих стрічок з розміщеними в них герметичними кумулятивними зарядами, детонаційного шнура в алюмінієвій оболонці, вибухового патрона і чавунного вантажу. Заряди запресовані в скляні або ситалові оболонки.

1 – корпус; 2 – вибухова речовина; 3 – металічний жолоб;

4 – детонатор

Рисунок 10.1 – Кумулятивний заряд

Застосовуються також безкорпусні, що повністю руйнуються при вибуху, перфоратори типу КПРУ, які складаються з кумулятивних зарядів в алюмінієвих оболонках, наконечника із стальною головкою багаторазового використання, детонаційного шнура та вибухового патрона.

Пробивна здатність безкорпусних перфораторів типівПКС, КПРУ і корпусних одноразовго використання типів ПКО і ПКОТ вища, ніж у корпусних перфораторів багаторазового використання типу ПК.

До винаходу кумулятивних перфораторів на практиці прострілкових робіт використовувалися кульові та торпедні перфоратори, які відрізняються меншою пробивною здатністю, більшою складністю заряджання і меншою продуктивністю. В останні роки з’явилися могутні кульові перфоратори з вертикально-криволінійними стовбурами з більш високою пробивною здатністю, ніж кумулятивні перфоратори такого ж діаметра.

Дія кульових і торпедних перфораторів засновано на метанні куль і снарядів за рахунок енергії розширення порохових газів відповідно до законів внутрішньої балістики стрілецької зброї й артилерійських систем, скоректованими стосовно до умов свердловини.

Кульові перфоратори представляють собою апарати з горизонтальними і вертикально-криволінійними стовбурами. У перфораторах першого типу стовбури спрямовані перпендикулярно до осі апарата і їх довжина обмежена його діаметром. У перфораторах другого типу вісь прямолінійної частини кожного стовбура спрямована паралельно осі апарата, а кінцева частина викривлена для напрямку кулі в стінку свердловини, що дозволяє одержати високі швидкості куль.

За послідовностю відстрілювання куль або снарядів перфоратори поділяються на апарати залпової дії (усі кулі вистрілюють одночасно) і селективної дії (кулі або снаряди вистрілюються по черзі в різних інтервалах).

Кульові і торпедні перфоратори мають сталевий корпус, у якому розміщені порохові комори, стовбури, що заряджаються кулями або снарядами, і запалювальні пристрої.

Усі перфоратори опускаються в свердловину на одножильному броньованому кабелі за допомогою каротажного підйомника.

Засобами запалення, призначеними для підпалювання порохових зарядів і висадження капсулів-детонаторів, служать електрозапалювачі, електрозапали та піропатрони різних типів. Для ініціювання вибуху зарядів бризантних вибухових речовин служать капсулі-детонатори, електродетонатори, вибухові патрони та детонаційні шнури.

Крім кумулятивних кульових і торпедних перфораторів існують гідропіскоструменеві перфоратори. Вони пробивають канали в перешкоді струменем рідини із зваженим у ній піском, який вилітає з великою швидкістю і під високим тиском з вузького отвору – сопла. Такий струмінь протягом декількох хвилин утворює у колоні, цементному кільці та породі канал для з’єднання пласта із свердловиною. При переміщенні гідропіскоструменевого перфоратора по стінці свердловини можна створити в ній щілинний канал або обрізати колону по діаметрі з метою витягу її на поверхню. Гідропіскоструменеві перфоратори застосовуються також для руйнування цементних мостів і предметів, які залишені на вибої.

Гідропіскоструменевий перфоратор складається з відрізка труби, у якій установлений ряд сопел. Апарат спускається в свердловину на насосно-компресорних трубах, за допомогою яких подається під високим тиском рідина з піском.