Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Новые технические средства вторичного вскрытия пластов в скважинах на месторождениях Западной Сибири

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Новые технические средства вторичного вскрытия пластов в скважинах на месторождениях Западной Сибири"

На правах рукописи. _ ., . _ Павленко Григорий Антонович.

1 О Г "7

НОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ВТОРИЧНОГО ВСКРЫТИЯ ПЛАСТОВ В СКВАЖИНАХ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ.

Специальность 04. 00. 12 - геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Ноябрьск - 1997

Работа выполнена в открытом акционерном обществе «Ноябрьскнефтегазгеофизика» Сибирской нефтяной компании.

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор Фионов А.И., кандидат технических наук, Гайворонский И.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Державец A.C., кандидат технических наук, Павлов В.И.

Ведущая организация: ОАО «Когалымнефтегеофизика».

Защита состоится « 2 ] » мая 1997 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д. 169.13.01 при НПЦ «Тверьгеофизика» по адресу: 170034, г.Тверь, проспект Чайковского, д. 28/2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НПЦ «Тверьгеофизика».

Автореферат разослан « » апреля 1997 года

и.о.ученого секретаря диссертационного совета

А.И.Фионов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Процесс строительства любой эксплуатационной скважины для добычи углеводородного сырья состоит из двух важнейших этапов - это первичное вскрытие пласта бурением и вторичное вскрытие этого пласта перфорацией после спуска и цементажа обсадной колонны. От качества и эффективности этих двух операций напрямую зависят эксплуатационные возможности объекта разработки.

В западной Сибири природно-климатические и геолого-гидрографические условия местности объективно обусловили развитие кустового способа строительства скважин , когда с одной площадки размером 50 х 200 метров бурится от 12 до 30 наклонно-направленных скважин, что накладывает целый ряд специфических условий и технологических особенностей на технологию проведения прострелочно-взрывных работ (ПВР) в скважинах на кустовых площадках.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ заключается в том, что многолетний опыт проведения ПВР с использованием серийных прострелочно-взрывных аппаратов (ПВА) практически в экстремальных условиях (длительная морозная зима, короткий световой день, работа в окружении десятков действующих электроустановок) свидетельствуют о том, что при совершенствовании ПВА, улучшении их технических характеристик, мало внимания уделялось одному из основных элементов технологической цепочки использования ПВА на скважине - исполнителю работ, человеку. Постоянная работа производственного персонала на грани риска в условиях психологического давления, чувства опасности, имеющие место несчастные случаи, тяжело отражаются на психо-физическом состоянии персонала перфораторных партий. Это вызывает необходимость более тщательного учета всех технологических аспектов при совершенствовании ПВА, разработке новых конструкций, которые бы наряду с улучшением технико-экономических показателей больше внимания уделяли

эргономическим вопросам их применения, сводя уровень риска и возникновения несанкционированного взрыва ПВА к нулю и обеспечения 100 % безопасности проведения ПВР на скважинах.

Настоящая диссертационная работа посвящена разработке нового поколения ПВА и средства взрывания (СВ), максимально учитывающих недостатки существующих. Новые разрабатываемые типы ПВА и СВ максимально приспособлены к условиям эксплуатации в экстремальных условиях Западной Сибири.

Разработка новых типов ПВА и СВ проводилась по заданию Минтопэнерго РФ и ОАО «Ноябрьскнефтегазгеофизика» силами специалистов Центральной геофизической лаборатории и специалистов предприятий оборонной промышленности с непосредственным участием автора и под его руководством.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - повышение технических и эргономических показателей прострел очно-взрывных аппаратов и средств взрывания к ним применительно к природно-климатическим, геолого-промысловым и организационно-техническим условиям проведения прострелочно-взрывных работ в скважинах на месторождениях нефти и газа в Западной Сибири.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1. Анализ отечественного опыта проведения ПВР на нефтяных месторождениях Крайнего Севера;

2. Теоретический анализ и экспериментальные работы по исследованию систем, обеспечивающих защиту СВ от несанкционированного взрыва;

3. Разработка конструкций средств инициирования для ПВА, защищенных от действия токов и напряжений промышленной частоты;

4. Оценка безопасности и степени защищенности СВ в производственных условиях;

5. Организация работ по серийному производству СВ нового

поколения;

6.Внедрение в практику ПВР безопасной системы электровзрывания для ПВА.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Экспериментальными исследованиями на основании производственного опыта определены пути обеспечения безопасности электровзрывания ПВА в условиях действия «посторонних» токов промышленной частоты напряжением до 380 В, постоянного тока до 500 В и статического электричества до 25 КВ.

Определены технические решения, исключающие использование промышленных средств взрывания не по своему прямому назначению.

2. Впервые в практике производства прострелочно-взрывных работ в скважинах, найдены научно обостнованные инженерные решения, обеспечивающие высокую степень безопасности работы на принципы гальванической развязки электрической цепи мостика накаливания взрывного патрона и «боевой линии» - геофизического кабеля.

3. Разработано три типа конструкций безопасных взрывных патронов для производства ПВР в скважинах как для герметичных так и для негерметичных перфораторов ПВПД-Н, ПГН-150, ПГН-165.

Положения пунктов 1, 2, 3 защищены патентами РФ N 2028576, N 2071029 и авторским свидетельством на изобретение N1773098.

4. Впервые в отечественной и зарубежной практике ПВР научно обоснована конструкция малогабаритного низкофугасного корпусного перфоратора полного заводского снаряжения.

5. Впервые разработан принцип сборки корпусов перфораторов в длинномерную конструкцию с использованием

безрезьбовых элементов крепления по методу разъемных байонетно-шаровых затворов, что обеспечивает высокую эргономичность и производительность работ.

6. Проведенными исследованиями выявлена возможность передачи детонации между модульными секциями снаряженных перфораторов посредством метательных пистонов как через воздушную, так и жидкостную среды.

7. Разработан ряд оригинальных конструкций зарядных модулей (секций) полного заводского снаряжения для корпусных перфораторов. Инженерные решения защищены патентами СССР N1831561 и РФ N2068493.

На ряд конструктивных решений, используемых в разработанных конструкциях ПВА и СВ представленных в работе, поданы заявки на изобретения во ВНИИГПЭ, по которым приняты решения о выдаче патентов, положительные решения по существу N94 010696/02,N96 109634/02,N96 109635/03.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

1.Разработка и реализация в промышленном производстве безопасной системы электровзрывания для герметичных и негерметичных перфораторов;

2. Разработка и освоение в промышленном производстве модульных корпусных перфораторов и зарядных модулей полного заводского снаряжения для вскрытия наклонно-направленных и горизонтальных скважин протяженностью до 150-400 м.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ.

Безопасная система электровзрывания для ПВА, модульные перфораторы и зарядные модули обеспечивают высокую степень безопасности и эргономичности при проведении ПВР в суровых природно-климатических условиях

Западной Сибири, при этом проблема безопасности ПВР и их эффективности обеспечивается не субъективной волей производственного персонала, а техническими параметрами используемых ПВА и СВ

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

Все представленные в работе СВ и ПВА прошли промышленные испытания. Изделия ПМИ-48, ПВПН-Н, ПГН-150, ЗПКМО-7Э/89 выпускаются серийно промышленностью на предприятиях гСарова (ВНИИЭФ), г.Снежинска (ВНИИТФ), г.Санкт-Петербурга (ГНПП «Краснознаменец»), г.Балашиха (ВНИИИИ) и используются в практике геофизических работ в ОАО «Ноябрьскнефтегазгеофизика», ОАО «Когалымнефтегеофизика», ОАО «Юганскнефтегеофизика», ОАО «Пермьнефтегеофизика».

АППРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные положения диссертации докладывались автором ежегодно на защите годовых отчетов на расширенном НТС ОАО ННГ и ОАО ННГТФ, в 1994-1995 гг. На НТС Минтопэнерго РФ (Секция «техника и технология работ по вторичному вскрытию» в г.Сургуте), представлялись на международной выставке "Нефть-газ-1996", на межотраслевой конференции в Лермонтово (тезисы доклада) -1988, школе-семинаре на ВДНХ СССР в Москве (тезисы доклада) 1989 год.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации принято 5 научно-технических отчетов, опубликовано 19 работ, в том числе получено авторских свидетельств и патентов на изобретение 11, подано во ВНИИГПЭ и принято к рассмотрению 2 заявки на изобретения.

ОБЪЕМ РАБОТЫ.

Работа содержит 149 страниц компьютерного текста, 21 рисунок, 18 таблиц, состоит из 6 глав, 5 приложений, список литературы - 96 наименований.

Весь комплекс работ, результаты которых представлены в диссертации, выполнены автором лично, при его непосредственном участии или под его руководством в Центральной геофизической лаборатории ОАО «Ноябрьскнефтегазгеофизика», которая являлась базовым предприятием Минтопэнерго России по внедрению, испытанию и оценке новых технических средстви технологий вторичного вскрытия и интенсификации добычи нефти и газа на месторождениях Западной Сибири, в период с 1990 по 1996 год. Работы выполнялись по заказу Минтопэнерго РФ и ОАО «Ноябрьскнефтегазгеофизика». В качестве соисполнителей работ привлекались специалисты подразделения НИО-18 ГНПП «Краснознаменец», 28-го отделения ВНИИЭФ, НИО-6 ВНИИТФ, ВНИИИ г.Балашиха, ВНИГШвзрывгеофизика.

Автор выражает искреннюю благодарность специалистам и руководителям, которые организационно, финансово и морально оказывали содействие в ускорении решения задач по поставленной теме - зам. министра Минтопэнерго России, к.т.н.В.З.Гарипову, генеральному директору ОАО «Ноябрьскнефтегазгеофизика» Г.Х.Шагаеву, научным руководителям д.т.н. профессору А.И.Фионову, к.т.н. И.Н.Гайворонскому.

Автор выражает глубокую признательность за активнуюпомощь и сотрудничество, оказанные при выполнении прикладных и исследовательских работ по теме диссертации д.т.н.А.Н.Бовту, д.т.н. С.П.Антипинскому, д.т.н. Н.Т.Бидыло, д.т.н. В.К.Чернышеву, к.т.н. Б.Е.Гриневич, к.т.н. А.Ф.Шакирову, к.т.н. В.Е.Коваленко, к.т.н. А.В.Найченко, к.т.н. В.А.Котюкову, к.т.н. Г.Г.Лютикову, к.т.н.A.C.Иванову, к.т.н.Г.Г.Шахназарову, к.т.н. В.Н.Галкину, к.т.н. В.М.Тебякину, к.т.н. Н.А.Волдаеву, К.г,-

к.г.-м.н. И.П.Бриченко, к.т.н. А.Е.Скворцову, Ж.А.Поздееву, М.П.Пасечнику, И.А.Завальнюку, Г.И.Божко, В.М.Михайлову, Б.С.Пантюхину, В.Н.Смотрову, В.В.Вахрушеву, А.И.Шумскому, Г.П. Сыромятникову, В.Н.Сокову, А. С. Кор я кову, А.П.Таушканову, А.Г.Гайфутдинову, М.Л.Наточину.

Автор выражает сердечную благодарность Н.С.Павленко, Е.В.Молчанову за ценные критические замечания, советы и реальную помощь, способствовавшие завершению работы.

Автор искренне благодарит всех сотрудников и коллег Центральной геофизической лаборатории ОАО ННГГФ, а также коллег и специалистов НИО-18 ГНПП «Краснознаменец», 28-го отделения ВНИИФ, НИО-4, НКО-6 ВНИИТФ и ОАО «ВНИПИвзрывгеофизика» за принципиальную активную помощь и сотрудничество в реализации научных и инженерных задач в рамках рассматриваемой темы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность проблем, связанных с проведением прострелочно-взрывных работ в скважинах в суровых природно-климатических условиях Крайнего Севера Западной Сибири, определена тема диссертации, цели, задачи, научная новизна работы.

ПЕРВАЯ ГЛАВА посвящена анализу природно-климатических, геолого- промысловых и организационно-технических особенностей проведения ПВР на нефтяных месторождениях Западной Сибири при кустовом способе строительства эксплуатационных скважин. Показано, что практически все основные месторождения в России, обеспечивающие добычу 70% нефти и более 90% газа, располагаются в районах с холодным климатом, что во многом должно определять технические параметры и технологические особенности применения прострелочно-взрывных аппаратов на

месторождениях Западной Сибири и в северных регионах России в целом.

Проведен анализ технических и технологических особенностей обеспечения безопасности и качества проведения ПВР, определены организационные и субъективные причины, влияющие на технологию ПВР в Западной Сибири.

Изучены и определены в принятой в Западной Сибири технологии ПВР основные ограничения и недостатки в нормативно-технической базе и организации работ, которые оказывают неблагоприятное воздействие на условия проведения работ по вторичному вскрытию на месторождениях нефти и газа, эксплуатируемых в суровых природно-климатических условиях Севера.

Выполнен анализ технических, технологических и эргономических показателей работы серийных технических средств, используемых в настоящее время для проведения ПВР.

Определены условия опасности при промышленном использовании каждого элемента ПВА.

Установлены основные причины, которые приводят к несанкционированным взрывам ПВА и средств взрывания при промышленном их использовании.

Установлено, что причиной большинства аварийных и трагических несчастных случаев при работе с ПВА является несовершенство технических средств, их низкие эргономические показатели и несовершенство серийных технологий по их применению.

Определены роль и место субъективного человеческого фактора в технологическом процессе по проведению ПВР в скважинах и его влияние на качество, безопасность и эффективность работ по вторичному взрыванию скважин.

Основным недостатком серийных ПВА отечественного производства является высокая чувствительность СВ к любым источникам электрической энергии постоянного или переменного тока, статического электричества, способных обеспечить в электрической цепи мостика накаливания

сопротивлением 1-3 Омтокболее 0.2 А.

Именно это обстоятельство и является причиной практически всех случаев несанкционированного взрыва СВ и ПВ А.

Серийные ПВА ПКС-80 (100), ПКО-89/73, ПР-43 (54), ПР-43 по своим эргономическим показателям, технологии сборки, условиям транспортировки и применения практически не приспособлены к работе в суровых природно-климатических условиях Западной Сибири.

На основании вышеизложенного автором сделан вывод, что для обеспечения высокой степени безопасности, эффективности и качества ПВР при работе на нефтяных месторождениях Западной Сибири , СВ должны быть не чувствительны к любым действиям токов и напряжений от бытовых и промышленных источников энергообеспечения, а все ПВА должны быть эргономически приспособлены к работе в суровых природно-климатических условиях северных регионов России и доставлять на место работ а собранном виде. Решению перечисленных вопросов и посвящена настоящая диссертационная работа.

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ проведен анализ отечественного и зарубежного опыта обеспечения безопасности применения СВ при задействовании ПВА, спускаемых в скважину на геофизическом кабеле и НКТ, позволяющий сделать выбор основных критериев, обеспечивающих безопасность системы электровзрывания при ПВР.

Определена степень потенциальной опасности СВ, как содержащих в своем составе инициирующие взрывчатые вещества (ИВВ), так и без них.

Выполнена классификация технических средств, обеспечивающих блокировку развития процесса детонации в ПВА в случае несанкционированного подрыва СВ.

Определены два основных типа технических средств, обеспечивающих защиту СВ от действия «посторонних токов», -это внешние устройства, конструктивно расположенные вне

самого СВ, и внутренние устройства блокировки и защиты, конструктивно размещенные непосредственно в составе изделий СВ.

На основании выполненного анализа определен выбор основных критериев, обеспечивающих безопасность системы электровзрывания при ПВР в скважинах, рассмотренных в рамках диссертационных в рамках диссертационной работы. Они следующие:

-отсутствие гальванической связи между электрической цепью мостика накаливания взрывного патрона (ВП) и внешней электрической цепью - геофизическим кабелем;

-конструктивная защита электрической цепи взрывного патрона электродетонатора от действий токов и напряжения любой промышленной частоты ниже 8 кГц;

-блокировка выдачи импульса тока во внешнюю цепь взрывной машинкой ПВВ-1 в случае, если электрические параметры геофизического кабеля по величине электрического сопротивления не соответствуют заранее выбранным для данного типа кабеля (например, выше или ниже 40-400 Ом);

-блокировка выдачи импульса тока во внешнюю цепь в случае, если источник питания не поддерживает энергообеспечение ПВВ-1 на уровне 12+. 1В постоянного тока.

На основании проведенных автором экспериментальных исследований определены основные электрические параметры цепи мостика накаливания, способные обеспечить реализацию выбранных параметров безопасности. Предоставлены ниже результаты экспериментальных исследований по выбору параметров величины напряжения и частоты в импульсе напряжения, подаваемом во внешнюю цепь взрывной машинкой ПВВ-1.

Приведены результаты исследований по разработке защищенной системы электровзрывания для негерметичных перфораторов ВП типа ПВПД-Н (рис.1). Результаты экспериментальных исследований и испытаний защищенного взрывного патрона ПВПД-Н подтверждают оптимальность параметров работоспособности и степени ее защищенности от

цжк

<

Рис.1. Взрывной патрон, где 1 - подсоединительная головка, 2 - алюминиевый корпус, 3 - нить накаливания, 4 - горючий состав, 5 - первичное ВВ, 6 - вторичное ВВ, 7 - первичная обмотка цепи мостика накаливания, 8 - вторичная обмотка цепи мостика накаливания.

Рис.2. Герметичный взрывной патрон ПГН-150,где: 1 - стержень для подсоединения к геофизическому кабелю, 2 - пластиковый корпус-держатель вторичной обмотки, 3 - вторичная обмотка импульсного транформатора, 4 - резиновый герметирующий колпачек, 5 - контактное кольцо ОК, 6 - первичная обмотка мостика накаливания, 7 - герметичный корпус ВП, 8 - мостик накаливания, 9 - основной заряд ВП.

действия переменного тока частотой 50 Гц, напряжением до 380В и постоянного тока напряжением до 500В, статического электричества до 20кВ, а также работоспособность ВП ПВПД-Н в условиях естественной среды при работе в корпусном перфораторе.

Выполненный объем экспериментальных и конструкторских работ при разработке ВП ПВПД-Н для негерметичных перфораторов типа ПКО, ПК, позволил автору обосновать выбор параметров и конструктивных решений, необходимых для разработки герметичного взрывного патрона для бескорпусных перфораторов типа ПКС-80, ПР-43, ПРК-42 (54), ПМИ-48, ПЛ-70. Экспериментальными исследованиями подтверждается обоснованность разработки герметичного взрывного патрона, построенного на принципе безгальванической связи взрывной цепи мостика накаливания СВ с электрической цепью «боевой линии» - геофизическим кабелем. В данной конструкции СВ впервые был использован принцип построения импульсного трансформатора со стержневым, незамкнутым ярмом, и конструктивно не связанной первичной и вторичной обмотками трансформатора, которые выполнены как отдельные элементы конструкции. Такая конструкция не имеет аналогов в области проектирования СВ в мировой практике, где собственно ВП не имеет конструктивных элементов подсоединения к «боевой линии», что обеспечивает высокую степень защиты этих ВП от их использования не по прямому назначению (см. Рис.2). Высокая степень защищенности герметичных взрывных патронов ПГН-150 от действия токов и напряжений от промышленных и бытовых источников электроснабжения, а также параметры термобаростойкости изделий в среде воды, нефти подтверждаются результатами экспериментальных исследований.

На основании выполненных автором исследований определены основные принципы построения герметичного взрывного патрона, не содержащего в своем составе первичных инициирующих взрывчатых веществ, снабженного узлом

безгальванической связи с геофизическим кабелем. Особенность данной конструкции ВП ПГН-165 в том, что в отличии от разработанных в России средств инициирования для взрывных работ, не содержащих ИВВ (ВНИПИвзрывгеофизика г.Раменское, НПО «Искра» г.Новосибирск) которые имеют ниже чувствительность к действию «посторонних» токов, чем серийные изделия ПВПД-М или ПГ-170, не гарантируется их защищенность от действия токов промышленных источников электропитания напряжением 380 В, автором была предложена новая конструкция ВП, также не содержащая в своем составе ИВВ, которая снабженна оригинальным узлом, обеспечивающим 100% защиту ВП от действия промышленных источников электроснабжения и статического электричества. Результаты исследований подтверждают высокую стойкость ВП ПГН-150 и ПГН-165 к химически активным средам, серийно используемым при вторичном вскрытии скважин и интенсификации добычи нефти бригадами УПНП и КРС на нефтяных промыслах Западной Сибири. Это, в первую очередь, водные растворы HCl, HF, ацетона, CaCl, NaCl, различные типы ПАВ. В изделиях, представленных к испытаниям, используются пластические материалы с гальваническим покрытием, способные до 12 часов выдерживать без потери работоспособности действие агрессивной среды в скважинных условиях.

Выполненный автором объем экспериментальных исследований и разработанные конструктивные решения в рамках диссертационной работы и изложенные во второй главе, позволили ГНПП «Краснознаменец» разработать конструкторскую документацию и освоить в серийном производстве нечувствительные к действию токов и напряжений промышленной частоты ВП ПГН-150, ПВПД-Н, что реально позволяет обеспечить безопасность проведения ПВР в нефтяных и газовых скважинах без отключенных источников энергоснабжения с любым из серийно выпускаемых системах ПВА до температуры 150° С и давлении до 60 Мпа.

ИзделияПГН-165 находятся в стадии промышленных

испытаний.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ изложены особенности проектирования и технология экспериментальных работ по разработке модульных перфораторов полной заводской комплектации типа ПМИ-48,31ЖМО-73/89.

Природно-климатические условия севера в зимний период накладывают жесткие требования и ограничения на условия проведения технологических операций по вторичному вскрытию скважин при кустовом способе разработки месторождений нефти и газа в Западной Сибири.

На качество, безопасность и производительность ПВР сильное влияние оказывает субъективный человеческий фактор -уровень подготовленности и профессионализма производственного персонала. Кроме того, до настоящего времени в России отсутствовали отечественные перфораторы серийного производства, специально приспособленные для вскрытия горизонтальных скважин большой напряженности. Эти предпосылки и определили необходимость разработки принципиально новой конструкции ПВА, обладающей высокими эргономическими показателями, способные обеспечить высокую производительность труда при перфорации наклонно-направленных и горизонтальных скважин с протяженным интервалом вскрытия до 400 м и более.

Проведенные автором исследования и разработки определили выбор концепции и определения инженерных решений, на основании которых был сконструирован первый модульный перфоратор полного заводского снаряжения, где в конструкции удалось объединить высокие эргономические показатели и высокую технологичность при выполнении ПВР в горизонтальных и наклонных скважинах.

Зарядный модуль представляет собой цилиндр диаметром от 38 до 60 мм из легкого материала, в который вмонтированы от 3 до 6 разрядов на 0.5 метра длины и детонционная линия разводки цепи инициирования зарядов с установкой метательных пистонов для передачи и приема детонации от модуля к модулю (см. Рис.3).

В конструкции цельносборочного перфоратора с металлическим корпусом (ПМИ-48) зарядный модуль помещается в стальной тонкостенный корпус. Выбор типоразмера модульного заряда определяется исходя из необходимости универсальности в его использовании в корпусах серийных перфораторов ПКО-89, ПКО-73 и др.

Разработанная конструкция зарядных модулей ЗПКМО-73-89 обеспечивает:

-вскрытие горизонтальных и наклонно-направленных скважин протяженностью интервала перфорации до 400 метров;

-имеет конструктивную блокировку - систему прерывания развития процесса детонации в корпусе перфоратора в случае его разгерметизации в скважине;

-обеспечивает возможность снаряжения корпусов серийных перфораторов ПКО-73(89), ПНКТ-79(89), ПКТ-105, ПК-95Н;

-конструкция модулей предусматривает возможность пропуска в скважине интервала без вскрытия от 0.5 до 50 метров на любом участке по длине перфоратора, что крайне важно при работе в горизонтальных скважинах;

-разработанный ряд модульных зарядов с разной плотностью снаряжения способен обеспечить зарядку корпусного перфоратора типа ПКО, ПНКТ с плотностью снаряжения 3.3,8,10 зарядов на 1 погонный метр с выходом кумулятивной струи под углом 0 и 3 0° к горизонту.

При проектировании модульных малогабаритных перфораторов основное внимание было обращено на возможность полной заводской сборки и способность после отстрела в скважине беспрепятственно извлекаться из скважин через НКТ с внутренним диаметром 61 мм, и обеспечение плотности перфорации не ниже 12отв/м.

Разработка конструкции перфоратора не имеет прямых аналогов в мировой практике ПВР, что потребовала решения целого ряда инженерных задач, которые ранее нигде не были решены в практике проектирования ПВА:

-передача детонационной волны от модуля к модулю

Рис.3. Зарядный модуль с прямонаправленным действием струи (90° по отношению к оси, 6-х зарядный, 17 г.), Где 1 - кумулятивный заряд, 2 - пенопластовый несущий каркас цилиндрического модуля, 3 - линия детонационной разводки из пластичного ВВ, 4 - перкалевая оболочка модуля, 5 - метательный пистон цепи приема-передачи детонации от модуля к модулю.

через металлический герметический корпус и жидкостную среду;

-соединение корпусов в длинномерную сборку безрезьбовым способом;

-исключение фугасного раздутия герметичного тонкостенного корпуса после его отстрела в сважине до диаметра более 52 мм.

При проектировании малогабаритных модульных корпусных перфораторов было встречено ряд трудностей, для решения которых потребовалось находить принципиально новые конструктивные решения,такие как:

-использование байонетно-шарового соединения отдельных модулей-секций в длинномерную сборку;

-использование «разгрузочных окон» в плоскости заряда для снижения раздутия корпуса;

-разработка новой конструкции узла соединения зарядного модуля с перфораторной головкой;

-предложение оригинального способа монтажа и закрепления зарядов в корпусе.

Успешное решение конструкторских задач позволило разработать корпусной малогабаритный неразрушающийся перфоратор ПМИ-48 полного заводского снаряжения, способного за один залп при вертикальном подвесе вскрывать интервал в 60 метров (см. «Технические характеристики», табл. 1, рис.4)

Для обрушения обсадных колонн с целью создания специальных «окон» для зарезки вторых стволов из «старого фонда скважин» или оперативной «подрезки» обсадной колонны в случае ее «недохода» при спуске в скважину потребовалась разработке специальных фугасно-кумулятивных систем. Конструкция такого ПВА представляет собой модульную конструкцию, снаряжаемую с плотностью до 130 зарядов на 1 погонный метр зарядами малой массы (см. рис. 5).

Результатом исследований и экспериментальных работ, изложенных в третьей главе, явилась разработка конструкторской документации и освоение в серийном

производстве модульных перфораторов ПМИ-48 (ВНИИТФ) и зарядных модулей ЗПКМО-7Э-89 (ВНИИЭФ).

Изделия ПМИ-48 используются в промышленном производстве практически всех геофизических предприятий Западной Сибири.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена результатам промышленного внедрения новых видов СВ и ПВА, разработанных в рамках диссертационной работы и освоение в промышленном производстве на предприятиях ВПК России.

Модульные перфораторы ПМИ-48 освоены серийным производством опытного завода ВНИИТФ (г. Снежинск) с 1994 года.

Модульные заряды к корпусным перфораторам прошли приемочные испытания и намечены к освоению в серийном производстве на опытном заводе ВНИИЭФ (гСаров).

Все новые виды СВ и ПВА применяются в производственной практике ОАО «Ноябрьскнефтегазгеофизика» с 1994 г., в ОАО «Когалымнефтегеофизика» с 1995 г., в ОАО «Юганскнефтегеофизика» с 1996 г. и на ряде других предприятий России.

ОБЪЕМ ВНЕДРЕНИЯ новых технических средств взрывания на геофизических предприятиях Западной Сибири характеризуется следующими показателями:

Наименование ОАО "Ноябрьск- ОАО "Когалымнеф- ОАО "Юганскнеф-

Изделия нефтегазгеофизика" тегеофизика" тегеофизика"

ПМИ-48 18595зар 13000зар 4500 зар

(3719 мод) (2600 мод) (900 мод)

ЗПКМО-73-89 2000 зар - -

(500 мод)

ЗПК-105 М 130 зар - -

ПВПД-Н 1882 шт 100 шт 100 шт

ПГН-150 312шт - -

ПГН-165 51 шт - -

* В" Пермьгеофизика" использовано в 1995 г. В П, ГГОПД-Н - 13 3 5 шт.

Технические характеристики перфораторов ПМИ-48-4 и ПМИ-48-6

Таблица № 1

№№ Наименование параметра, Значение

Пи единица измерения параметра

ПМИ-48-4 ПМИ-48-6

1 Поперечный размер перфоратора, диаметр, мм. 48 48

2 Длина одной секции перфоратора, мм. 583 583

3 Количесво зарядов в одной секции, штук 4 6

4 Раестояние между осями соседних зарядов, мм. 150 150

5 Масса ВВ одного кумулятивного заряда, г. 10 10

6 Пдо гно с гь перфорации за один спуск, отв ./м 8 11

7 Максимальное количесво секций перфоратора, спускае-

мых одновременно за один спуск, шт.(расчетное) 100 100

8 Минимальный внутренний диаметр НКТ, через который

проходит перфоратор, мм. 62 62

9 Минимальное допустимое гидростатическое давление

МПа. 16 16

10 Максимально допустимое гидростатическое давление.

МПа. 60 60

11 Максимально допустимая температураС 160 160

12 Средняя глубина пробивного канала при отстреле на воздухе по комбинированной мишени, состоящей из стальной пластины толщиной 10 мм; остальное - бетон (проч-

ность на разрушение Р=35 Мпа),мм 180 180

13 Средний диаметр входного отверстия в мишени, мм 10 10

14 Фазировка зарядов в секции, градус 60 60

15 Количество секций в ящике, шт 6 6

16 Масса одной секции перфорации, кг 4.2 4.2

17 Журнальное постановление о допуске № 10-03/227 от 18.08.94 г.

Для геолого-промысловой оценки был выбран модульный перфоратор ПМИ-48, который с 1995 года массово применяется на месторождениях Ноябрьского и Пуровского нефтяных регионов, в ОАО «Когалымнефтегаз», ОАО «Юганскнефтегаз» и др. предприятиях России.

Для анализа геолого-промысловой эффективности модульных перяораторов ПМИ-48 были выбраны следующие

>

г

Б=4 8

Профиль каналов образованных КС зарядов перфораторов Р63-Л819, РЙЗ-Р101А, Р63-Р102 и ПР-43. О 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

ПМИ-48 <

'Л

Н"*

" Р63-.П819 У„-10.827 гм* | |

Р63 РЮ1А V ■-б.:«с.м

А

Ц "Т1

'А рб ар 102 VI1

ПР-43

4

| ПР-43 \'„-0.82:™'

Сталь

бетон марки 400 г

Рис.4. Схема соединения секций перфоратора Р63-Р101А -ПМИ-48 а - конструкция модуля б, в - способ соединения модулей г - пробивная способность

Рис.5. Модуль-перфоратор высокой плотности (снаряженный), где ' - несущий каркас модуля, 2 - канал для пропуска ДШ: 3 - кумулятивный заряд, 4 - линейный кольцевой заряд ВВ. 5 - точечный заряд ВВ.

критерии:

-время выхода сважины на режим устойчивой добычи (время освоения);

-обводненность добываемого флюида в первые три месяца после перфорации;

-продуктивность скважины;

-удельный дебит.

Оценка проводилась в сравнении с серийными типами перфораторов, применяемых для вскрытия данного пласта в соседних сважинах. Полученные результаты представлены на гистограммах (рис. 6,1).

В результате опытно-промышленного внедрения модульных перфораторов на месторождениях Ноябрьского региона было однозначно установлено, что ПМИ-48 обладают наивысшими эргономическими показателями по отношению к серийным ПВА, обеспечивают 100% срабатывание всех зарядов, спущенных в скважину. По таким показателям как удельный дебит, ПМИ-48 несущественно отличается от серийного перфоратора ПРК-42, но по таким показателям как обводненность продукции, время освоения скважины имеет значительное преимущество. Скважины осваиваются в короткий срок, а по показателю продуктивности пластов, вскрытых ПМИ-48 при механизированном способе добычи (ЭЦН), превосходят все серийные перфораторы.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ констатируется:

Разработка «Безопасной системы электровзрывания» для прострелочно-взрывной аппаратуры, спускаемой в скважину на геофизическом кабеле, выполнена при непосредственном участии автора с этапа постановки задачи и составления ТЗ до промышленного внедрения и является примером целенаправленной работы автора на кардинальное решение проблемы безопасности ПВР в целом для России.

Данная система электровзрывания, включающая в себя комплекс технических средств, как собственно «безопасные»

средства инициирования - взрывные патроны ПВПД-Н, ПГН-150 и ПГН-165, так и средства по их задействованию и контролю -взрывную машинку ПВВ-1 и прибор контроля ТЭСТ-ЭДТ (М, А), является новым направлением в отечественной практике разработки технических средств для производства прострелочно-взрывных работ в скважинах, где проблема безопасности работ решается инженерными средствами, а не комплексом организационно-технических мероприятий, выполняемых силами производственного персонала.

Разработанная система электровзрывания не имеет аналогов в России и допущена к промышленному применению Журнальным постановлением Госгортехнадзора России № 1122/170 от 19.05.92 г. И№ 10-12/128 от 22.04.1996 г. И защищена патентом Росси № 2028576.Внедрение в промышленную практику «Защищенной системы электровзрывания» позволяет коренным образом изменить технологию проведения ПВР, сделать работы по вторичному вскрытию безопасными для производственного персонала, проводить их в более комфортных условиях, при этом увеличить добычу нефти, так как при кустовом способе добычи нефти на период проведения ПВР нет необходимости отключать от энергообеспечения насосы на соседних скважинах в радиусе 50 метров в «безопасной зоне».

Важнейшим фактором обеспечения безопасности ПВР в скважинах является то обстоятельство, что вопрос создания безопасных условий работ не зависит от субъективной воли производителя работ. Сам факт использования СВ нового поколения обеспечивает безопасное проведение работ.

Данная система электровзрывания, используемая в ПВА для вторичного вскрытия пластов-коллекторов, обеспечивает высокую эффективность, эргономичность и безопасность ПВР.

Разработан ряд высокоэффективных зарядных модулей для корпусных перфораторов массового применения,

обеспечивающих вскрытие пластов как на депрессии через НКТ (2.5"ч), так и в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах в любых типах агрессивных сред, принятых в практике работ по нефтедобыче в России.

Универсальность в использовании модульных перфораторов и высокие эргономические показатели в применении делают такие ПВА удобными при производстве ПВР в суровых природно-климатических условиях Крайнего Севера, при работе на море и в других труднодоступных регионах мира.

В модульных перфораторах полной заводской сборки ГТМИ-48 и зарядных модулях ПКМО-73-89 качество работ и эффективность работы ПВА гарантируется заводом-изготовителем, что практически исключает субъективное влияние человеческого фактора на качество работ ПВА в скважинах.

Использование модульных систем в ПВА повышает производительность труда на этапе подготовительно-заключительных работ на складах ВМ и сважинах в 2-8 раз в сравнении с серийными системами ПВА отечественного и зарубежного производства, а как следствие, сокращает время пребывания человека в экстремальных природно-климатических условиях, что в конечном итоге, благотворно скажется на его здоровье.

Модульные перфораторы ПМИ-48 допущены к промышленному применению Журнальным постановлением № 10-03/227 от 18.08.94. На модульные заряды ЗПКМО-73-89 направлены 16.01.97 г. документы в Гостехнадзор РФ на получение журнального постановления на промышленное применение.

Разработанная с участием автора «Временная инструкция по выбору интервалов вскрытия и типоразмера

Удельный дебит

Лн,т/сут м 6 543 2 1-О

3.8

3.3

5.2

ПРК-42 ПМИ-48 ПС-112

Время освоения

Обводненность

Т.дни 16141210-Б-6420

К обв., %

2520-1& 1050

18

2

хзд.

з

т

ПРК-42 ПМИ-48 ПС-112

ПРК-42 ПМИ-4в ПС-112

Рис.б. Эффективность использования модульных перфораторов ПМИ-48 по сравнению с серийными кумулятивными перфоратором ПРК-42 и сверлящим ПС-112. Оценка по различным критериям при фонтанном способе эксплуатации на Сугмутском и Усмейском месторождениях.

Продуктивность

Удельный дебит

П .т/сут м Мла

1.00.750.50.250

22

0.91

0.42

0-48 0.41

051

15

1РК-42 ПМИ-48 ПС-112 ПКС-80 ПР 4.3

д н, т/сут м

543 2 1 О

3.0

22

3.4

4.1

ПРК-42 ПМИ-48 ПС 112 ПКС-80 ПР 43

Время освоения

Обводненность

Т.дни 40353025201510-

20

22

12

Ч

37

25

15

17

/

ПРК-42 ПМИ48 ПС-112 ПКС-80 ПР-43

К об»., % 30 2520 15 10

19

22

15

13

2

/

ПРК-42 ПМИ-48 ПС 112 ПКС 80 ПР 43

Г.

о

Рис.6. Эффективность использования модульных перфораторов ПМИ-48 по сравнению с серийными кумулятивными перфоратором ПРК-42 и сверлящим ПС-112. Оценка по различным критериям при механизированном способе эксплуатации по Запал но - Суто рм пн с кому. Западно-Ноябрьскому и Вынгаяхннскому месторождениям.

перфоратора в скважинах с близкозалегаю щим газонефтеводоносным горизонтами ( с набором типовых геологических ситуаций )» является по сути в настоящее время единственным действующим регламентирующим документом, который систематизирует порядок выбора технических средств для вскрытия продуктивных пластов на месторождениях Среднего Приобъя, так как срок действия инструкции, разработанной ВНИПИвзрывгеофизика и СибНИПИнефть истек 1991 году.

Основные положения диссертации опубликованы в

работах:

1. «Аппаратура регистрации срабатывания стреляющих перфораторов». Тезисы докладов. Ленинград. ВСЕГЕИ. 1988.

2. «Техника и методика прострелочно-взрывных работ в скважинах». Тезисы докладов. Ленинград. ВСЕГЕИ. 1988.

3. «Новые разработки технических средств и технологий взрывных работ в скважинах» (Тезисы докладов школы-семинара молодых специалистов, г.Москва, ВДНХ, 2023.07.1989).

4. «Повышение эффективности и безопасности проведения прострелочно-взрывных работ». Ж. «Безопасность труда в промышленности» №2.1993.

5. «Пути улучшения вторичного вскрытия пластов в скважинах Западной Сибири». Ж. «Нефтепромысловое дело» № 5.1993.

6. «Временная инструкция по выбору интервалов вскрытия и типоразмеров перфораторов в скважинах с близкозалегающими газо-нефтеводоносными горизонтами». Ноябрьск. 1994.

СПИСОК ПАТЕНТОВ, АВТОРСКИХ СВИДЕТЕЛЬСТВ И ЗАЯВОК НА ИЗОБРЕТЕНИЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

I. «Системаэлектровзрывания». Патент РФ №2028576.

2 «Узел первичного инициирования». Патент РФ № 2071029.

3. «Кумулятивный корпусный перфоратор». Патент СССР №

1831561.

4. «Устройство для перфорации колонн кумулятивными зарядами». Патент РФ № 2068493.

5. «Устройство для вырезания участка трубы обсадной колонны». Получено решение о выдаче патента № 033701 от 17.01.1996.

6. «Кумулятивный заряд перфоратора». A.c. № 1816850.

7. «Зарядный модуль кумулятивного корпусного перфоратора».

A.c. №1810503.

8. «Способ инициирования перфоратора и устройство для его

реализации». A.c. № 1773098

9.«Взрывной механизм спускаемого на трубах скважинного перфоратора». A.c. № 1750286.

10. «Способ определения количества перфорационных отверстий в обсадной трубе». A.c. № 1602109.

II. «Способ и устройство электровзрывания детонатора (взрывного патрона) при ПВР в нефтяных и газовых скважинах». Заявка № 94-010696/02. Выдано положительное решение.

12. «Способ соединения в длинномерную конструкцию модуль-секций снаряженного корпусного перфоратора и передачи детонации от модуля к модулю. Заявка № 96019635/03. Получено решение формальной экспертизы.

13. «Универсальный безопасный герметичный взрывной патрон-электродетонатор для производства ПВР в нефтяных и газовых скважинах. Заявка № 96109634/02. Получено решение формальной экспертизы.

14. «Скважинный перфоратор». Заявка № 96110012/03 от 13.05.96 Получено положительное решение формальной экспертизы.

Соискатель Г.А.Павленко