Техника и технология перфорационных работ

После того как обсадные трубы спущены в скважину и зацементированы, против продуктивной части пласта при помощи перфоратора делают отверстия в эксплуатационной колонне и цементном камне для соединения продуктивной части пласта с забоем скважины. Эта операция называется перфорацией. Применяются различные методы перфорации скважин: пулевая, торпедная, кумулятивная и гидропескоструйная.

Пулевой перфоратор (ПП) труба длиной 1 м и диаметром 100 мм, заряженный спрессованным порохом и 10 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 разрывные снаряды диаметром 22мм. 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. Глубина каналов, по данным испытаний, составляет 100-160мм, диаметр канала 22мм. На 1м продуктивной части пласта делается не более четырех отверстий. 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 в основном примененяют кумулятивную перфорацию (ПК). Кумулятивные перфораторы имеют заряды с конусной выемкой, которые позволяют фокусировать взрывные потоки газов и направлять их с большой скоростью перпендику­лярно к стенкам скважины.

В кумулятивный перфоратор вставляют шашку из спрес­сованного порошкообразного взрывчатого вещества, которая имеет конусную выемку, облицованную металлической плаш­кой.

Кумулятивная перфорация осуществляется стреляющими перфораторами, не имеющими пуль или снарядов.

Схема образования отверстия кумулятивным зарядом: 1 -заряд, 2 - детонатор, 3 - кабель, 4 - зона распространения горе­ния заряда, 5 - металлическая облицовка, 6 - коллектор, 7 - пер­форационное отверстие в коллекторе, 8 - цементный камень, 9 — обсадная труба

Прострел колонны, цементного камня и породы достигается за счет сфо­кусированного взрыва. Такая фокусировка обусловлена кониче­ской формой поверхности заряда взрывчатого вещества (ВВ), облицованной тонким металлическим покрытием (листовая медь толщиной 0,6 мм). Энергия взрыва в виде тонкого пучка газов - продуктов облицовки - пробивает канал. Кумулятивная струя имеет скорость в головной части до 6-8 км/с и создает давление 3-5 тыс. мПа.

При выстреле кумулятивным зарядом в колонне и цемент­ном камне образуется узкий перфорационный канал глубиной до 350 мм и диаметром в средней части 8-14 мм. Все кумулятив­ные перфораторы имеют горизонтально расположенные заряды и разделяются на корпусные и бескорпусные. Корпусные перфо­раторы после их перезаряда используются многократно. Бескор­пусные - одноразового действия. В кумулятивных перфораторах выстрелы производят замыканием 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. При выстреле стеклянные или пластмассовые оболочки полностью разрушаются. Бескорпусные перфораторы позволяют значительно увеличить массу кумулятивных зарядов и, следовательно, их пробивную способность.

В настоящее время применяются малогабаритные кумуля­тивные перфораторы, позволяющие перфорировать скважины че­рез насосно-компрессорные трубы. Максимальная толщина вскрываемого интервала кумулятивным перфоратором достига­ет 30 м.

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.

На нефтяных промыслах применяют также гидропеско-струйный перфоратор (ГПП). Гидропсскоструйпый перфоратор состоит из толстостен­ного корпуса, в который ввинчи­вается до десяти насадок из аб­разивно-стойкого материала (ке­рамики, твердых сплавов) диа­метрами отверстий 3-6 мм. Гид­ропескоструйный перфоратор спускают в скважину на НКТ. Перед проведением перфорации сква­жины с поверхности в НКТ бро­сают шар, который перекрывает сквозное отверстие перфоратора. После этого с помощью насосных агрегатов АН-500 или АН-700 че­рез НКТ в скважину закачивают жидкость с песком. Нагнетаемая жидкость с песком выходит толь­ко через насадки. Концентрация песка в жидкости обычно состав­ляет 80-100 кг/м", диаметр частиц кварцевого песка 0,3-0,8 мм.

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

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.