Перфорация скважин

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ухтинский государственный технический университет»

(УГТУ)

 

 

 

Кафедра

Разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений и подземной гидромеханики (РЭНГМиПГ)

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Скважинная добыча нефти (СДН)»

 

 

Название реферата

«Перфорация скважин»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил ст. гр. РЭНГМ-1-10        Карабинович И.М.

 

 

 

 

 

Проверил доцент кафедры РЭНГМ иПГ     Миклина О.А.

 

 

 

 

 

 

Ухта 2013

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Перфорация скважин (от лат. Perforatio - пробуравливание) - пробивание отверстий в стенках буровой скважины против заданного участка продуктивного пласта с целью получения или усиления притока воды, нефти, газа в добычную скважину или пласт.

Одной из операции в процессе закачивания скважины является спуск и цементирование обсадной колонны. Выполнение данной операции обусловлено необходимостью разобщения всех пород-коллекторов, вскрытых скважиной для обеспечения ее дальнейшей нормальной эксплуатации . Для вызова притока пластового флюида из пласта коллектора необходимо обеспечить наличие устойчивой гидросвязи в системе скважина - пласт.

Именно для этой цели предназначены перфорационные системы. Операция проводится в скважине при помощи специальных стреляющих аппаратов - перфораторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ПЕРФОРАЦИЯ СКВАЖИН

 

1.1 Виды перфораций

 

Выбор способа перфорации скважин определяется с учётом конструкции скважины, геологии пласта, условий бурения, сопутствующих побочных эффектов и некоторых других факторов. При этом определяется плотность прострела, необходимый тип перфоратора, а также технология последующих работ. Выбранный метод перфорации сначала испытывается на стендах в условиях, приближённых к настоящим.

На сегодня есть несколько способов перфорации скважин, такие как:

• торпедная перфорация;
• пулевая перфорация;
• кумулятивная перфорация;
• пескоструйная  перфорация;
• гидромеханическая щелевая перфорация (ГМЩП).

 

1.2 Пулевая перфорация

 

При пулевой перфорации в скважину на электрическом кабеле спускается стреляющий пулевой аппарат, состоящий из нескольких (8÷10) камор - стволов, заряженных пулями диаметром 12,5 мм. Каморы заряжаются взрывчатым веществом (ВВ.) и детонаторами. При подаче электрического импульса происходит залп. Пули пробивают колонну, цемент и внедряются в породу.

Существует два вида пулевых перфораторов:

• перфораторы с горизонтальными стволами (этом случае длина стволов мала и ограничена радиальными габаритами перфоратора);
• перфораторы с вертикальными стволами (рисунок 1.1) с отклонителями пуль на концах для придания полету пули направления, близкого к перпендикулярному по отношению к оси скважины.

Пулевой перфоратор с горизонтальными стволами собирается из нескольких секций. Вдоль секции просверлено два или четыре вертикальных канала, пересекающих каморы с ВВ., стволы которых заряжены пулями и закрыты герметизирующими 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 мгновенного сгорания ВВ. давление газов в каморе достигает 2 тыс. МПа, под действием которых пуля выбрасывается.

Происходит почти одновременный выстрел из половины всех стволов. При необходимости удвоить число прострелов по второй жиле кабеля подается второй импульс и срабатывает вторая половина стволов от второго запального устройства. В перфораторе масса заряда взрывчатого вещества одной каморы 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). Диаметр канала 12 мм. Длина перфорационных каналов в породе получается 145÷350 мм при диаметре около 20 мм. В каждой секции перфоратора 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  одновременный, так как все каморы  с взрывчатым веществом сообщаются  огнепроводным каналом. В каждой  секции два ствола направлены  вверх и два вниз. Это позволяет  компенсировать реактивные силы, действующие на перфоратор. Пулевая перфорация имеет тот недостаток, что не всегда все выстрелы оказываются удачными в связи с быстрой потерей энергии пулями при их ударе о трубы. Большей пробивной способностью, обеспечивающей лучшее вскрытие пласта, обладают торпедные перфораторы.

 

1 - корпус; 2 - пуля; 3 - канал перфоратора; 4 - отклоняющий участок; 5 - пороховой заряд.

Рисунок 1.1- Перфоратор вертикально направленный

 

1.3 Торпедная перфорация

 

Взрывные работы, проводимые в буровых скважинах при помощи специальных зарядов - торпед. Применяются в глубоких скважинах, буримых или пробурённых для разведки и добычи полезных ископаемых (нефти, газа, воды и др.). Торпедирование скважин впервые было применено в конце 19 в. в США (Оклахома) и России (Баку).

Торпедная перфорация практически не отличается от пулевой, в этом случае вместо пуль перфораторы заряжают торпедами, которые, попадая в пласт, взрываются, образуя дополнительные трещины. Обычно торпедные перфораторы применяют в плотных породах. Торпедная перфорация осуществляется аппаратами (рисунок 1.2), спускаемыми на кабеле и стреляющими разрывными снарядами диаметром 22 мм. Внутренний заряд взрывчатого вещества одного снаряда равен 5 г. Аппарат состоит из секций, в каждой из которых имеется по два горизонтальных ствола. Снаряд снабжен детонатором накольного типа. При остановке снаряда происходит взрыв внутреннего заряда и растрескивание окружающей горной породы. Масса взрывчатого вещества 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 торпедной перфорации часты случаи разрушения обсадных колонн.

При  торпедной перфорации цементный камень сильно растрескивается. Длина отдельных трещин достигает 1 м. При незначительной мощности перемычек между водоносными и нефтеносными горизонтами эти трещины могут послужить путями проникновения вод в нефтяной пласт. Поэтому для предупреждения растрескивания цементного камня рекомендуется проводить перфорацию спустя 6 - 10 ч после цементирования, пока камень еще не приобрел высокую прочность и хрупкость Пулевая и торпедная перфорации применяются ограниченно, так как все больше вытесняются кумулятивной перфорацией.

 

                  

а - торпеда из детонирующего шнура; б - торпеда из термостойких шашек; в - торпеда из больших шашек; г - торпеда кумулятивная осевая; 1 - головка торпеды; 2 - детонирующий шнур; 3 - трос; 4 - груз; 5 - взрывной патрон; 6 - заряд торпеды; 7 - корпус; 8 - трос для сбора зарядов; 9 - взрыватель замедленного действия; 10 - кумулятивная воронка.

Рисунок 1.2 - Торпеды для взрывания в скважинах

1.4 Кумулятивная перфорация

 

Кумулятивная перфорация осуществляется стреляющими перфораторами, не имеющими пуль или снарядов. Прострел преграды достигается за счет сфокусированного взрыва. Такая фокусировка обусловлена конической формой поверхности заряда ВВ. (рисунок 1.3), облицованной тонким металлическим покрытием (листовая медь толщиной 0,6 мм). Энергия взрыва в виде тонкого пучка газов - продуктов облицовки пробивает канал. 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 канал глубиной до 350 мм и диаметром в средней части 8÷14 мм. Размеры каналов зависят от прочности породы и типа перфоратора.

 

                                      

 

 

1 - корпус заряда, 2 - взрывчатое  вещество, 3 - кумулятивная облицовка

Рисунок 1.3 - Заряд взрывчатого вещества

 

Все кумулятивные перфораторы имеют горизонтально расположенные заряды и разделяются на:

• корпусные (рисунок 1.4)
• бескорпусные

Корпусные перфораторы после их перезаряда используются многократно. Бескорпусные - одноразового действия. Перфораторы спускаются на кабеле (имеются малогабаритные перфораторы, 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 устройство. Масса ВВ. одного кумулятивного заряда составляет (в зависимости от типа перфоратора) 25÷50 г.

Максимальная толщина вскрываемого интервала кумулятивным перфоратором достигает 30 м, торпедным - 1 м, пулевым - до 2,5 м. Это является одной из причин широкого распространения кумулятивных перфораторов.

     

1 - корпус; 2 - пробка; 3 - заряд; 4 - патрон  предохранительного действия;                           5 - детонирующий шнур.

Рисунок 1.4 - Кумулятивный перфоратор многоразового использования 

Корпусные перфораторы позволяют простреливать интервал до 3,5 м за один спуск, корпусные одноразового действия - до 10 м и бескорпусные или так называемые ленточные - до 30 м.

 

Рисунок 1.5 - Ленточный кумулятивный перфоратор

 

Ленточные перфораторы (рисунок 1.5,1.6) намного легче корпусных, однако 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 отверстиях длинной стальной ленты с грузом на конце. Вся гирлянда спускается на кабеле. Обычно при залпе лента полностью не разрушается, но для повторного использования не применяется. Головка, груз, лента после отстрела извлекаются на поверхность вместе с кабелем. К недостаткам бескорпусных перфораторов надо отнести невозможность контролирования числа отказов, тогда как в корпусных перфораторах такой контроль легко осуществим при осмотре извлеченного из скважины корпуса. Кумулятивные перфораторы нашли самое широкое распространение. Подбирая необходимые ВВ., можно в широких диапазонах регулировать 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 актуальной проблемой и до сих пор. В этом отношении определенным шагом вперед было осуществление пескоструйной перфорации, которая позволяет получить достаточно чистые и глубокие перфорационные каналы в пласте.  К недостаткам бескорпусных перфораторов надо отнести невозможность контролирования числа отказов, тогда как в корпусных перфораторах такой контроль легко осуществим при осмотре извлеченного из скважины корпуса.

 

 

 

 

КН - кабельный наконечник; 1 - головка перфоратора; 2 -стальная лента;

3 - детонирующий шнур; 4 - кумулятивный  заряд; 5 - взрывной патрон; 6 - груз

Рисунок 1.6 - Ленточный кумулятивный перфоратор ПКС105

 

1.5 Пескоструйная перфорация 

 

При гидропескоструйной перфорации разрушение преграды происходит в результате использования абразивного и гидромониторного эффектов высокоскоростных песчано-жидкостных струй, вылетающих из насадок специального аппарата - пескоструйного перфоратора (рисунок 1.7), прикрепленного к нижнему концу насосно-компрессорных труб. Песчано-жидкостная смесь закачивается в НКТ насосными агрегатами высокого давления, смонтированными на шасси тяжелых автомашин, поднимается из скважины на поверхность по кольцевому пространству. Это сравнительно новый метод вскрытия пласта. В настоящее время ежегодно обрабатываются около 1500 скважин этим методом. Область и масштабы применения гидропескоструйного метода обработки скважин постоянно расширяются, и кроме вскрытия пласта он нашел применение при капитальных ремонтах, вырезке колонн и в сочетании с другими методами воздействия.

        

 

 

1,4 - шариковый клапан; 2 - корпус; 3 - узлы насадок или заглушки; 5 - центратор;                   6 - хвостовик.

Рисунок 1.7 - Гидропескоструйный перфоратор

Последовательность операций при гидропескоструйной перфорации следующая.

1.У устья скважины устанавливают агрегат, подземного ремонта для спуско-подъемных операций, рядом со скважиной располагают и обвязывают насосный и пескосмесительные агрегаты.

2.На колонне насосно-компрессорных или бурильных труб спускают перфоратор с гидравлическим центратором, расположенным выше него. Расположение перфоратора относительно вскрываемого пласта определяют либо с помощью радиоактивного каротажа, либо точным измерением длины труб, на которых спускают перфоратор.

3.После спуска инструмента устье скважины обвязывают арматурой типа 2АУ-70, обеспечивающей возможность прямой и обратной промывки скважины.

4.Промывают скважину водой до забоя.

5.Спускают в скважину опрессовочный шаровой клапан и опрессовывают оборудование пробным давлением, превышающим рабочее в 1,5 раза.

6.Обратной промывкой поднимают опрессовочный (верхний) клапан на поверхность.

7.Опускают в трубы клапан перфоратора (нижний).

8.Проводят пробную закачку жидкости без песка и уточняют режим работы насосных установок.

9.Начинают проведение гидроперфорации. При этом двумя-тремя агрегатами закачивают песчаную смесь, содержащую 50÷100 кг песка на 1 м3 жидкости. Фракционный состав песка может изменяться от 0,2 до 1 мм. При вскрытии эксплуатационных скважин в качестве жидкости-песконосителя можно использовать дегазированную нефть, при проведении работ в нагнетательных скважинах, а также связанных с обрезкой колонн - воду. Подачи насосов составляет 3÷4 л/с, что обеспечивает скорость истечения из насадок перфоратора 200÷260 м/с при перепаде давления на них 18÷22 МПа. Водопесчаная смесь образует углубления в стенке скважины со скоростью 0,6÷0,9 мм/с. На обработку одного интервала пласта затрачивают 15÷20 мин, после чего прокачку смеси прекращают и колонну труб вместе с перфоратором поднимают, устанавливая у следующего интервала. Процесс перфорации повторяют. Одной из основных задач в процессе перфорирования является поддержание циркуляции жидкости-песконосителя. Потеря циркуляции, например, в результате поглощения жидкости высокопроницаемыми пластами может привести к появлению песчаных пробок.