Развитие взрывчатых веществ т

Работа добавлена на сайт samzan.net:

28

Краткий исторический обзор развития взрывного дела

История развития взрывных работ в горной промышленности тесно связана с одной стороны, с развитием производства взрывчатых веществ, и с другой, с зарождением и развитием горного промысла.

Развитие взрывчатых веществ, т.е. изобретение рецептов и организация их производства с давних пор занимали мысли многих ученых и инженеров. Повышенный интерес к этому вопросу объясняется тем, что, ВВ, в отличие от других энергетических источников, является наиболее компактными носителями энергии, не требующими ни каких сложных механизмов для её использования.

Первое применение ВВ имело место в военном деле и первым известным человеку ВВ был черный порох.

Черный, иначе говоря, дымный порох в течение многих столетий был единственным ВВ, широко применявшимся в войнах и сражениях. Имена изобретателей пороха и дат его открытия затерялись в глубине веков и поэтому честь его изобретения оспаривается многими нациями.

В настоящее время почти обще признано, что изобретение пороха и применение его для бросания тяжелых тел в определенном направлении – восточного происхождения. В Китае и Индии калиевая селитра самопроизвольно выделяется из почвы, и вполне естественно, что население быстро ознакомилось с ее свойствами. Огнестрельные припасы, изготовленные из смеси этой соли с другими горючими веществами выделывались в Китае в весьма ранний  период и употреблялись как для военных целей, так и при общественных торжествах.

Арабы получили селитру и огнестрельные припасы у китайцев и индусов. Два из арабских наименований селитры означают «Китайская соль» и «Китайский снег». Арабы, повидимому, вскоре усовершенствовали знания, полученные ими от китайцев. Согласно написанной «Конде истории мавров» в Испании пушки употреблялись при осаде Сарагосы в 1118 г. Таким образом через Испанию знания пороха перешли в Западноевропейские государства.

Появление пороха на Руси четко отмечается летописцами Х1У века. Однако ряд косвенных указаний свидетельствует о том, что порох на Руси появился за долго до этого времени, возможно непосредственно из восточных стран.

Первое время изготовление пороха в России производилось ручным способом и это производство являлось секретом оружейных мастеров. Пороховые заводы «зелейные мельницы» появились в России впервые только  в ХУ веке. В летописях ХУ1 века упоминается о пожарах, возникавших на заводах в Москве, Пскове, Новгороде и др.

Производство селитры в России для выделки пороха непрерывно увеличивалось. Уже при Иване Грозном ежегодно добывалось 20000 пудов селитры исключительно доля военных целей. К 1812 г в стране насчитывалось 107 и к 1854 г 180 селитряных заводов. Выпуск селитры в 1852 г составил 126919 пудов. Черный порох продолжительное время применялся исключительно для военных целей. Однако его необыкновенная мощность привела к мысли о возможности использовать его при горных работах.

Первое историческое свидетельство об использовании пороха в созидательных целях относится к ХУ1 веку. В России в 1548-1572 гг. большие количества пороха были израсходованы для подрывания подводных скал и камней, мешавших судоходству. И только после этого порох стал использоваться для не военных целей в других странах.

Несколько позже (1835 г.) в России зарождается мысль об усилении действия пороха своеобразными приемами, представляющими собой зачатки использования так называемого кумулятивного эффекта, открытие которого американцы относят к 1888 г. и приписывают своему соотечественнику Мунрое. Русские горняки в шпурах под зарядами оставляли пустоты и закладывали деревянными конусами.

Следующие исторические указания о технике взрывных работ относятся к первой половине Х1Х в. Был опубликован «Курс взрывного искусства» Уаттиса в 1848 г. Расширились требования к инструментам и припасам, уточнялись требования к пороху. Впервые появились некоторые обобщения результатов работы горняков. К достижениям этого периода можно отнести первую попытку классификации горных пород по добываемости и взрываемости.

Следует отметить принадлежащий российским инженерам приоритет в открытии эл. способа взрывания зарядов. В 1812 г. П.Л.Шиллинг изобрел эл. воспламенитель. Позднее вопросы эл. взрывания  в большей мере были развиты М.М.Боресковым. Русским принадлежит идея создания контрольно-измерительных приборов эл. взрывания.

Уже в о время остро сказывалась недостаточная мощность пороха и опасность его в обращении, вследствие чего мысли изобретателей были заняты поисками его заменителей. Начиная с 1832 г. был открыт целый ряд ВВ. В 1834 г. был изготовлен нитробензол, в 1835 г. – нитронафталин, 1846 г. – почти одновременно были открыты два сильнейших ВВ – нитроглицерин и пироксилин. В 1853 г. химиком Н.Н.Зининым был предложен динамит (смесь нитроглицерина с ватой, селитрой, древесной мукой). Впоследствии В.Ф.Петрушевским было разработано несколько сортов динамита.

С разработкой новых Вввозникла необходимость в мощных инициирующих средствах. Сначала применяли небольшие пороховые заряды с ОШ, а затем в 1867 г. были изобретены капсюля детонаторы (КД).

В 1869 г. был открыт тротил, в 1873 г. были установлены взрывные своства пикриновой кислоты,  в 1867 г. были изобретены аммиачно-селитряные ВВ – аммониты.

В этот период характеризуется началом формирования инженерно-технического подхода к взрывным работам. Стали совершенствоваться ВВ для работ по породам различной твердости, для работ опасных по пыли и газу и т.д.

Были сформулированы (Путвинским) требования к ВВ:

1.  Не должны быть вредными для здоровья рабочих.
2.  Имели возможно большую мощность.
3.  Обеспечивали безопасность в работе, в т.ч. в любое время года при всяких климатических условиях.
4.  Простота , легкость и быстрота в работе и т.д. всего 10 требований. Они и сегодня еще не устарели.

Первая регламентация допуска ВВ для применения в угольных шахтах была проведена в 1892 г. Проверка их была осуществлена в 1910 г.

Россия в основном пользовалась иностранными рецептами ВВ и только после революции нашими учеными была проделана огромная работа по совершенствованию ВВ и техники взрывов в шахтах, на поверхности для рыхления пород, сооружения каналов, плотин, дорог и т.д. Был создан целый ряд НИИ, разработан новый ассортимент ВМ, правила безопасности взрывных работ и т.д.

Взрывные работы нашли применение и в нефтяной промышленности. Применение прострелочных и взрывных работ в скважинах прочно вошло в практику бурения и эксплуатацию глубоких скважин. С помощью взрыва и выстрела осуществляется боковой отбор образцов пород, проб жидкостей и газов в скв. Вскрытие и повышение отдачи пластов перфорацией через обсадную колонну и путем разрыва горных пород, ликвидация аварий, связанных с прихватами труб и оставлением металла на забое скважины, ускорение проходки в твердых породах и т.д. Эти работы позволяют сократить сроки, стоимость и трудоемкость указанных операций.

Правильный выбор и успешное применение аппаратуры и методов ПВР требуют высокой квалификации персонала и знаний существа процессов взрыва и выстрела, характеристик применяемых ВМ, особенностей устройства аппаратуры и правильных способов их использования, а также четких знаний ТБ и ОТ.

В скважинах взрывные работы начали применятьсо второй половины Х1Х в. Спускаемый в скважину заряд в металлической оболочке получил название торпеды, а сами работы – торпедированием. Сначала целью работ являлось освобождение буровых труб от прихватов, обрыва труб, а затем для воздействия на пласт для увеличения дебита скважин.

Перфораторные работы в скв. начали применять позднее взрывных. В СССР они впервые были применены на нефтепромыслах в 1931 г. для перфорации обсадной колонны.

Первый стреляющий аппарат был предложен в СССР Ю.К.Тидеманом в 1931 г. с капсюлем воспламенителем ударного действия. В 1933-34 гг. в Баку и Грозном начали применять стреляющие однокамерные пулевые перфораторы с электровоспламенителем, разработанными Бакинскими инженерами. Верпатовым, Парфеновым, Литвиновым и др. и Грозненскими – Морозовым, Стоцким, Бондаренко, Дивиденко и др.

Для вскрытия и дренирования пластов из твердых пород в 1938 г Колядяжным и Берковичем был предложен перфоратор, стреляющий взрывными снарядами и получившим название торпедного. В 1942-43 гг. Колядяжный предложил использовать для торпедирования и перфорации скважин кумулятивные заряды, обладающие повышенной пробивной способностью. В США они стали использоваться в промышленных масштабах с 1946 г а в СССР – в 50-х годах.

После Великой Отечественной войны техника и методы работ стали развиваться быстрее. Появились перфораторы-пулеметы ПП, ППХ с 1948 г. стали выпускать ССП с прессованными зарядами, а затем ППМ, АПХ, ППЗ. С 1954 г. начали внедрять корпусные кумулятивные перфораторы ПК. В настоящее время применяются насколико типов ПК, ПКС, ПКР,КПР и др.

Боковой отбор пород с помощью грунтоносов начали применять в1934-35 гг., В 1960-62 гг. созданы многокамерные грунтоносы (от 10 до 30 образцов за один спуск). С 1961-62 гг. начали применять опробователи пластов на каротажном кабеле типа ОПК. Важной задачей сейчас является обслуживание глубоких и сверхглубоких скважин с высокой температурой на забое  уменьшенного и малого диаметра. Над созданием аппаратуры, материалов и кабеля для таких скважин работают НИИ и проектно-конструкторские организации.

Взрывчатые материалы в прострелочно-взрывной аппаратуре (ПВА).

К взрывчатым материалам (ВМ) относят взрывчатые вещества (ВВ) в непереработанном виде и изделия, изготовленные непосредственно из ВВ (прессованные и литые шашки бризантного ВВ или пороха) или с использованием их (кумулятивные и пороховые заряды, средства инициирования, аппараты или их части, снаряженные в заводских условиях).

 Характеристика взрывных процессов.

Взрывным превращением вещества, или взрывом, называют самораспространяющееся с большой скоростью химическое превращение вещества, протекающее с выделением большого количества тепла и образованием сильно сжатых газов. Взрывные процессы по характеру и скорости распространения разделяют на виды: медленное химическое превращение, горение, взрыв и детонацию.

Медленное химическое превращение характеризуется тем, что всё разлагающееся вещество находится при одинаковой температуре. Хим. Превращение зависит от температуры окружающей среды.

Горение, свойственное порохам, протекают со скоростью доли сантиметра – десятки и сотни метров в секунду. Скорость горения существенно зависит от внешнего давления. В замкнутом объеме горение  характеризуется  быстрым нарастанием давления, увеличением скорости горения и способности газообразных продуктов производить работу метания , т.е. сообщать предмету скорость и выбрасывать его без разрушения (дробления).

Взрыв ВВ это крайне быстрая химическая реакция в результате которой ВВ превращается в газы. Эта реакция протекает с выделением большого количества тепла. Например, взрыв одного кг  тротила происходит за одну стотысячную долю секунды. Вследствие чрезвычайной быстроты реакции образующиеся газы не успевают за это время расшириться и занимаемый вначале объем немногим больше объема, который занимало ВВ. Этот объем в несколько тысяч раз меньше, чем тот, который занимали бы газы при атмосферном давлении. Известно, что давление газа тем больше, чем меньше объем сосуда в котором он находится. Поэтому газы в момент взрыва оказывают огромное давление, действующее как мощный удар. По теоретическим расчетам давление взрыва для некоторых ВВ достигает сотен тысяч атмосфер. Взрыв характеризуется резким скачком давления и высокой переменной скоростью распространения, измеряемой тысячами метров в секунду и мало зависящей от внешних условий. Действие взрыва – резкий удар газов по окружающей среде, вызывающий сильные деформации и дробление предметов вблизи места взрыва.

 Детонация представляет собой взрыв, распространяющийся с постоянной  и максимально возможной для данного ВВ и определенных условий скоростью. Детонация, по сути, мало отличается от взрыва и является его завершенной формой, при которой достигается максимальное действие взрыва.

 Скорость детонации – одна из важнейших характеристик ВВ. Она определяется его энергией, мало зависит от внешнего давления и зависит от плотности ВВ. Для разных ВВ скорость детонации лежит в пределах от 1000 до 9000 м/с.

Горение отличается от взрыва и детонации характером распространения: горение передается за счет теплопроводности , конвекции и излучения; взрыв и детонация путем сжатия вещества ударной волной.

 Ударная волна – область сжатия среды с резким скачком давления, плотности и температуры на переднем фронте, перемещающаяся со сверхзвуковой скоростью.

 Детонационная волна – это ударная волна, проходящая по взрывчатому веществу и сопровождаемая быстрой химической реакцией.

К важнейшим характеристикам взрывных процессов, определяющим работоспособность ВВ,, относят удельную теплоту взрыва, скорость протекания процесса и удельный объем образующихся при взрыве газов.

Удельной теплотой взрыва называют количество теплоты, которое выделяется при взрывном превращении 1 кг ВВ. Удельная теплота взрыва наиболее распространенных конденсированных ВВ колеблется от 3,8 до 7,5 МДж/кг, что в 2-3 раза меньше удельной теплоты сгорания обычных горючих веществ в смеси с кислородом. В то же время теплота взрывного превращения ВВ, отнесенная к единице объема, - объемная теплота взрыва – в сотни и тысячи раз больше объемной теплоты обычных газообразных горючих веществ. Следовательно, во столько же раз объемная энергия (энергия на единицу объема), выделяемая при взрыве ВВ, превышает объемную энергию для горючих смесей.

Благодаря высокой скорости протекания процесса продолжительность взрывного превращения составляет тысячные и миллионные доли секунды, что обусловливает чрезвычайно большую мощность, развиваемую при взрыве. При этом образуется значительное количество газообразных продуктов (около 1000 л на 1 кг обычных ВВ), которые в момент взрыва находятся под огромным давлением (десятки тысяч МПа), чем  и объясняется разрушительный эффект взрыва.

Большая объемная концентрация энергии и связанная с этим компактность, транспортабельность, способность развивать в течение короткого отрезка времени колоссальные мощности и давления определяют существенные преимущества ВВ перед другими источниками энергии и, как следствие, предпочтительное использование их скважинной аппаратуре.

Температурой взрыва называют наибольшую температуру, которую достигают газообразные продукты взрыва вследствие высокой температуры (2000-4000 0С) взрыв ВВ обычно сопровождается пламенем.

 Взрывчатые вещества и пороха.

Взрывчатыми веществами в широком смысле слова называют вещества, способные к взрывному превращению. В более узком смысле слова взрывчатыми веществами принято называть вещества, взрывное превращение которых протекает в основном в форме горения, принято называть порохами. Однако следует учитывать, что взрывное превращение некоторых порохов в определенных условиях может протекать и в форме взрыва или детонации. Различают еще пиротехнические составы, применяемые для специальных целей (осветительные, воспламенительные и другие устройства).

По характеру действия ВВ разделяются на:

1.  Метательные (пороха), обладающие малой скоростью разложения. Действие их сводятся  к разрыву оболочки, окружающую зарядную камеру в местах наименьшего сопротивления и к отбрасываниючастей её на некоторое расстояние.
2.  Бризантные (дробящие), Разложение которых протекает в форме детонации. Для этой группы ВВ характерно дробление оболочки на мельчайшие частицы.

По своему составу ВВ делятся на:

1.  Взрывчатые механические смеси – твердые (например дымный порох, аммониты), жидкие.
2.  Азотно-кислотные эфиры спиртов и углеводородов (нитроглицерин, входящий в состав динамитов.
3.  Нитросоединения (тротил).
4.  Гремучие соли (гремучая ртуть).
5.  Азиды (азид свинца)

Химический состав ВВ

Класс взрывчатых хим. Соединений может быть разделен на следующие группы:

1.  Азотно-кислые эфиры спиртов. К этой группе относится: нитроглицерин С3 Н5(ONO2)3, нитрогликоль C2Н4(ОNO2)2 и пентаэритрит тетранитрат или ТЭН С5Н8(ONO2)4 . Первые два применяются в качестве составных частей в динамитах, а ТЭН – снаряжается в ДШ и иногда в КД.

П. Азотнокислые эфиры клетчатки. К этой группе относится коллоидный хлопок С24Н31О11(ONO2)3, входящий в состав динамитов.

Ш. Нитросоединения. В эту группу входят тротилС6Н2(NO2)3 и динитронафталин С10Н6 (NO2)2, являющиеся составными частями аммонитов, а также пикриновая кислота С6Н2(NO2)2ОН, иногда применяющаяся на открытых работах. В эту же группу входят тринитрорезорцинат свинца (тенерес) С6Н(NO2)2ОН3О2Pb , а также тринитрофенилметилнитрамин С6Н2(NO2)2NCН3NO2, снаряжаемые в капсюля-детонаторы.

1У.  Из этой группы большое практическое значение имеет аммиачная селитра NH4NO3, являющаяся основной составной частью почти всех промышленных ВВ.

У. Соли азотистоводородной кислоты, из которых азид свинца PbN6 , снаряжается в детонаторы в качестве первичного заряда.

У1.  Соли гремучей кислоты, из которых широко известна гремучая ртуть Hg(CNO)2 также снаряжается в детонаторы.

К современным промышленным ВВ предъявляется ряд требований, из которых главные:

1. Достаточная мощность, 2. простота и безопасность в изготовлении, 3. удобство и безопасность в обращении, 4. постоянство свойств, 5. безотказность действия при достаточном начальном импульсе 6. однородность действия при взрыве, 7. сравнительно малая стоимость. Кроме того к отдельным сортам предъявляются дополнительные требования: малое образование ядовитых газов при работах в подземных условиях, безопасность применения в метановоздушной или пылевоздушной среде и др.

Кислородный баланс и его значение

Взрывчатое превращение всех современных ВВ основано на окислении горючих элементов (углерода и водорода). Окислителем служит кислород, который в той или иной форме обязательно вводится в состав каждого ВВ.

Во взрывчатых химических соединениях каждая молекула, за редким исключением, состоит из атомов горючих элементов и кислорода. Так, нитрогликоля, имеющая эмпирическую формулу С2Н4(ONO2)2 включает углерод, водород и необходимый для их окисления кислород. Кроме того, в состав молекулы ВВ входит азот, связывающий кислород.

Иначе обстоит дело во взрывчатых смесях, какими являются все современные промышленные ВВ. В составе этих смесей обязательно наличие не менее двух компонентов. Одним из этих компонентов д.б. вещество, содержащее в избытке горючие элементы, а другой компонент должен содержать избыточный кислород.

В качестве носителя кислорода в современных промышленных ВВ вводится аммиачная селитра. Иногда в состав ВВ включаются с этой же целью другие види селитр: натровая, калиевая, кальциевая), а также хлорат калия и натрия или перхлорат калия и аммония. Во всех случаях кислород содержащее вещество должно иметь значительный избыток кислорода, который оно легко могло бы отдавать другому компоненту, взрывчатой смеси – веществу, богатому горючими элементами.

Свойства взрывчатых веществ.

Собственно взрывчатые вещества, т.е. вещества, взрывное превращение которых протекает в форме взрыва и детонации, подразделяют на инициирующие и бризантные ВВ.

Инициирующие (первичные) взрывчатые вещества легко взрываются в форме детонации при незначительных тепловых или механически внешних воздействиях и способны вызвать детонацию бризантных (вторичных)взрывчатых веществ. Поскольку инициирующие ВВ высокочувствительны к любому механическому воздействию, транспортирование их в чистом виде запрещено, снаряжение ими детонаторов, взрывателей и т.п. допускается только на месте их производства.

Гремучая ртуть – чувствительна к лучу огня и даже к слабым механическим воздействиям (удар, накол, трение), ядовита. Во влажном состоянии теряет взрывчатые свойства: при 10 %-ой влажности горит, не детонируя. Используют в в детонаторах лучевого и наклонного действия.

 Азид свинца – менее чувствителен к механическим воздействиям и лучу огня, чем гремучая ртуть. При увлажнении не теряет чувствительности к механическим воздействиям. Инициирующая способность ниже, чем у азида свинца. Мало гигроскопичен. Используют для повышения воспламеняемости инициирующих составов.

Тетразен – по чувствительности к трению и удару близок к гремучей ртути. Не обладает достаточной инициирующей способностью для возбуждения детонации вторичных ВВ. в качестве примеси повышает чувствительность к наколу азида свинца и ТНРС. Мало гигроскопичен.

Бризантные взрывчатые вещества обладают значительно большей устойчивостью к внешним воздействиям, чем инициирующие ВВ. Детонацию их вызывают обычно с помощью инициирующих ВВ. в прострелочно взрывной аппаратуре бризантные ВВ используют для изготовления кумулятивных и фугасных зарядов к перфораторам и торпедам, детонирующих шнуров, вторичных зарядов детонаторов и взрывных патронов.

 Тротил (тринитротолуол, тол) – желтоватые чешуйки или гранулы. На открытом воздухе  в небольших количествах сгорает без взрыва; горение в замкнутом объеме или в больших количествах на воздухе обычно сопровождается взрывом. Химически стоек, не гигроскопичен. К механическим воздействиям мало чувствителен. Прессованный тротил детонирует от капсюля-детонатора, а для литого тротила необходим более мощный детонатор, например, промежуточный зард прессованного тротила ( гранулотола) обладают большей мощностью, чем сухие.

Тетрил – бледно-желтое мелкокристаллическое вещество. Сильно ядовит. Горение даже вв небольших количествах может перейти во взрыв. Чувствительность к механическому импульсу и восприимчивость к детонации выше. Чем у тротила. Не гигроскопичен.

Гексоген – белое кристаллическое вещество. Высокобризантное ВВ, более мощное, чем тротил. Токсичен. Химически стоек. В небольших количествах при воспламенении сгорает без взрыва, большие количества при горении детонируют. Чувствительность к механическим воздействиям и восприимчивость к детонации выше, чем у тротила. Для снижения чувствительности к механическим воздействиям и улучшения прессуемости в гексоген добавляют небольшое количество флегматизатора или пластификатора. Чистый гексоген используют в основном для снаряжения детонаторов и детонирующих шнуров, флегматизированный (пластифицированный) – для кумулятивных и фугасных зарядов.

Октоген – аналог гексогена, отличается от него более высокими температурой плавления, термостойкостью и чувствительностью. Применяют как мощное ВВ в пластифицированном и чистом виде в тех же целях, что и гексоген,но для скважин с более высокой температурой.

 ТЭН – белое кристаллическое вещество, химически стойкое, Не гигроскопичное. Высокобризантное ВВ, по мощности близко к гексогену. В небольших количествах на воздухе сгорает спокойно; если вещества больше 1 кг, горение переходит во взрыв. ТЭН очень чувствителен к механическим воздействиям, восприимчивость к детонации выше, чем у гексогена и тротила. Термосстойкость невысока. Используют для снаряжения детонирующих шнуров и промежуточных детонаторов.

Существуют также термостойкие бризантные ВВ: ГНДС, НТФА, ТНБ и др.

СВОЙСТВА ВМ

 Работоспособность (фугасность) ВВ – способность продуктов при расширении производить работу, зависит от потенциальной энергии ВВ и возрастает с увеличением удельных теплоты взрыва, объема и теплоемкости газообразных продуктов детонации мерой относительной работоспособности ВВ является увеличение объема (в см3) полости в свинцовой бомбе после взрыва в ней заряда массой 10 г.

 Бризантность ВВ – способность при взрыве дробить, измельчать или пробивать соприкасающуюся с ним среду в результате резкого удара продуктов детонации. Бризантность, определяемая давлением продуктов детонации и проявляется лишь в непосредственной близости к заряду (на расстояниях, не превышающих 2-2,5 радиуса заряда). Мерой относительной бризантности ВВ служит величина обжатия (в мм) свинцового столбика диаметром 40 и высотой 60 мм после взрыва на нем цилиндрического заряда ВВ массой 50 г. и диаметром 40 мм (плотность 1 г/см3), между которыми проложен стальной диск толщиной 10 мм.

 Чувствительность ВВ – способность реагировать на внешние воздействия возникновением горения или взрыва, ее характеризуют величиной начального импульса, необходимого для возбуждения взрывного превращения. В качестве начального импульса может служить энергия различных видов: тепловая, механическая, а также энергия взрыва другого ВВ.

Тепловой начальный импульс имеет две разновидности: нагрев ВВ источником тепла без пламени и нагрев(поджог) ВВ пламенем, или огневой начальный импульс. Огневой начальный импульс чаще всего используют для зажигания порохов и воспламенительных составов, а также для возбуждения детонации инициирующих ВВ и капсюлей-детонаторов. Нагреву без пламени подвергаются ВВ при хранении и эксплуатации.

Мерой чувствительности ВВ к тепловому импульсу служит температура вспышки. Промежуток времени от начала быстрого нагрева до момента вспышки ВВ называют периодом индукции или временем задержки вспышки. Практически температуру вспышки определяют при нагревании 0,05 г испытуемого вещества в течение 5 мин.

 Термостойкость ВВ, определяемая его чувствительностью к нагреву, зависит от массы и формы заряда, характера его размещения и плотности заряжания, условий герметизации и наличия контакта со скважинной жидкостью, внешнего давления, времени выдержки при данной температуре и др. При непосредственном контакте с жидкостью термостойкость ВВ, как правило, снижается на 15-20 %.

Порогом термостойкости заряда ВВ называют максимальную температуру, которую может выдержать в данных условиях теплооотвода заряд ВВ определенной массы и формы в течение заданного промежутка времени. Чем больше масса заряда, плотность заряжания и время выдержки, тем ниже порог термостойкости.

Для гарантии надежной и эффективной работы прострелочно-взрывной аппаратуры с учетом возможных задержек при спуске в скважину на кабеле заряды ВВ не должны заметно снижать свои взрывные характеристики в течение 24 ч. при температуре, соответствующей порогу термостойкости в данных условиях. При спуске аппарата на колонне труб гарантированное время увеличивают соответственно до 2 и 6 сут. При сокращении времени нахождения заряда в условиях повышенной температуры порог термостойкости ВВ поднимается. Приращение порога термостойкости в зависимости от того, во сколько раз сократилось время выдержки заряда при повышенной температуре:

Кратность сокращения -

времени выдержки:  1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 6,0

Приращение порога

термостойкости, 0С:  4-6 7-10 9-14 11-16 14-21 18-27.

Свойства порохов.

Метательные ВВ, или пороха, основным видом взрывного превращения которых является быстрое горение, не переходящее в детонацию даже при высоких давлениях в условиях выстрела. Можно разделить на две группы: пороха – механические смеси, к которым относят дымный порох и некоторые термостойкие пороха, используемые в ПВА; коллоидные или бездымные пороха, основой которых чаще всего является нитроцеллюлоза (нитроклетчатка). В ПВА пороха (табл.1.7) применяют для метания пуль перфораторов и бойков грунтоносов, для создания давления во взрывных пакерах и в генераторах (аккумуляторах) давления, предназначенных для разрыва пласта и термогазохимического воздействия на него.

Дымный порох – механическая смесь селитры, угля и серы в виде зерен черного цвета. От искры и пламени дымный порох легко воспламеняется. Он гигроскопичен и легко впитывает влагу. Содержание влаги существенно влияет на его воспламеняемость и не должно превышать 1 %. Если влажность более 2 %, порох трудно воспламеняется. Дымный порох чувствителен к удару и трению. Падение груза массой 10 кг с высоты 45 см на заряд пороха дает 100 % взрывов. Химическая и физическая стойкость дымного пороха высока.

Бездымные пороха выпускают в виде элементов разной формы и размеров. По форме пороховых элементов различают пороха пластинчатые, зерненные, трубчатые, ленточные и др. Основным размером порохового элемента, от которого зависит характер его сгорания, является толщина горящего свода, т.е. наименьшая толщина стенки порохового элемента.

Химическая стойкость бездымных порохов невысокая. Во время хранения они медленно разлагаются. Повышение температуры и влажности окружающей среды ускоряет их разложение с изменением баллистических свойств. В связи с этим пороха следует хранить в герметической упаковке, в закрытых от солнца и хорошо вентилируемых помещениях. Признаками сильного разложения пороха является запах окислов азота и появление пятен, вздутий и трещин на поверхности пороховых зерен. При некоторых условиях происходит экссудация (выпотевание) нитроглицерина на поверхность зерен нитроглицериного пороха и он становится очень опасен в обращении.

Табл. 1.7. Характеристики порохов, используемых в ПВА.

Показатель  Дымные (типа ДРП)                     Бездымные  Термостойкие   

 Пироксилиновые (типа ПП)  Баллиститные (типа НБ пл.)   

Температура вспышки, 0С 290 – 310  180 – 200  180 – 200  220 – 380  

Порог термостойкости, 0С 100 – 120  100 – 110  100 – 110  160 – 290  

Температура горения, 0С 2500-2600 2400-2700 2500-3400 3400-4500

Плотность, г/см3:  

действительная (зерна) 1,60 – 1,93  1,56 – 1,64  1,40 – 1,62  1,60 –1,65

гравиметрическая (насыпная) 0,9 – 1,0  0,7 – 1,0  0,6 – 0,9 0,7 – 1,0

прессованного заряда  1,50 – 1,80        -      1,24 – 1,40 1,78 – 1,95

Чувствительность к удару (частота взрывов при падении груза массой 10 кг с высоты 25 см), % 20  50 – 60  60 – 90  50 – 80  

Удельная теплота сгорания, МДж/кг 2,8 2,9 – 3,8 4,4 – 5,4 3,3 – 5,8

Сила пороха, МДж/кг 0,2 – 0,3 0,9 – 1,0 0,8 – 1,2 0,7 – 1,2

Удельный объем газообразных продуктов горения, л/кг 280 900 – 970 840 – 860  540 - 750

Основные энергетические (баллистические) характеристики порохов следующие:

Удельная теплота сгорания – количество тепла, выделяющегося при сгорании 1 кг пороха в постоянном объеме.

Температура горения в замкнутом объеме, определяемая теплотой сгорания.

Удельный объем газообразных продуктов горения – объем газов, образующихся при сгорании 1 кг пороха, при нормальных условиях (температура 0 и атмосферное давление).

Сила пороха – работа расширения продуктов сгорания 1 кг пороха, нагреваемых при атмосферном давлении от 0 до температуры горения.

Действие взрыва.

Действие взрыва связано с расширением продуктов детонации и возникновением ударных волн, которые могут распространяться практически в любых средах, одновременно перемещая их. Распространением ударных волн объясняется разрушительное действие взрыва на значительных расстояниях, которые во много раз больше, тех, на которых могут действовать продукты детонации. Продукты детонации заряда ВВ оказывают на расположенную рядом преграду огромное давление, которое для определенного ВВ зависит от плотности и сжимаемости материала преграды и достигает тысяч мегапаскалей.

Взрыв в воздухе.

При разлете газообразных продуктов детонации они сильно сжимают и оттесняют окружающий воздух, расширяющаяся поверхность облака продуктов детонации оказывается окруженной слоем сжатого воздуха. Внешняя граница сжатого слоя представляет собой фронт воздушной ударной волны. Когда радиус облака продуктов детонации достигает 10 – 15 радиусов заряда, давление в нем становится близким к атмосферному, ударная волна отрывается от продуктов детонации и распространяется далее в окружающей среде. В момент отрыва ударной волны от продуктов детонации интенсивность ее достаточно высокая: избыточное давление на ее фронте 1,5 – 2 МПа, скорость распространения фронта 1100 – 1400 м/с, скорость потока воздуха за фронтом 900 – 1100 м/с.

При воздушных взрывах разрушительное действие на малых расстояниях (до 10 радиусов заряда) вызывается главным образом продуктами детонации, а на больших расстояниях от заряда – ударной  волной. При столкновении с преградой передний слой ударной волны затормаживается, скорость воздушного потока в этом слое становится равной нулю, по волне в обратном направлении распространяется отраженная волна дополнительного сжатия. Избыточное давление напреграду при отражении ударной волны превышает давление на фронте приблизительно в 2 раза для слабых волн и в 8 раз для сильных.

Ударная волна, распространяющаяся при взрыве в окружающем воздухе, может вызывать разрушение зданий или сооружений различной интенсивности. Расстояние, на котором ударная воздушная волна взрыва на поверхности земли теряет способность наносить зданиям  и сооружениям повреждения определенной (больше допустимой) интенсивности, рассчитывают по формулам , приведенным в "единых правилах безопасности при взрывных работах" (ЕПБ).

Безопасное расстояние (в м) по действию ударной воздушной волны на человека

r min=15 Q 1/3, где  Q – масса взрываемого заряда ВВ, кг.

Данную формулу используют только в случае, когда необходимо максимальное приближение персонала к месту работы.

 Взрыв в скважине.

При взрыве заряда в жидкой среде в жидкость уходит ударная волна и образуется пузырь из разогретых и сжатых до высокого давления продуктов детонации. Благодаря инерционности жидкой среды газовый пузырь пульсирует, излучая при каждом цикле волны, интенсивность которых постепенно убывает. Практическое значение имеют только основная и вторичная ударные волны.

Поскольку плотность воды почти в 800 раз превышает плотность воздуха, интенсивность ударной волны в воде много больше, чем в воздухе. Этим частично объясняется различное воздействие на элементы конструкции скважины взрыва зарядов кумулятивных корпусных и бескорпусных перфораторов. Гидростатическое давление влияет на энергию ударных волн. При давлении 150 МПа энергия основной ударной волны приблизительно на 25 % меньше, чем при давлении 0,1 МПа, а разрушительное действие вторичной ударной волны практически прекращается.

Ударные волны в жидкости, заполняющей скважину, распространяются на большие расстояния от места взрыва. В трубах, являющихся хорошими волноводами,. Интенсивность ударных волн снижается медленно; в незакрепленных скважинах, стенки которых изобилуют неровностями и уступами, волны затухают быстрей. Это необходимо учитывать при решении вопроса о мощности взрыва, которую можно допустить в скважине, исходя из условия прочности ее элементов на определенных расстояниях от места взрыва.

Условия распространения ударных волн и продуктов детонации в породе (пористая среда) отличаются от условий в жидкой среде. Ударная волна и давление расширяющихся продуктов детонации вызывают в породе напряжения сжатия, растяжения и сдвига, значительно превышающие допустимые, вследствие чего в породе возникают необратимые разрушения и уплотнения. В результате камуфлетного (скрытого) взрыва, каким, в частности, является взрыв торпеды в скважине, в породе образуются три зоны: вытеснения (каверна), разрушения (раздавливания) и сотрясения (разрыва). Размеры основных зон зависят от величины и формы заряда, свойств ВВ и горной породы, гидростатического и горного давления.

При взрыве удлиненного цилиндрического заряда ВВ, диаметр dз которого близок к диаметру скважины dс (что имеет место в случае торпедирования ее), диаметр образующейся каверны dк  в плотно малопроницаемой породе может быть определен с достаточной точностью по формуле dк = kdз , где k – коэффициент, зависящей от свойств ВВ и породы, а также от горного и гидростатического давления. Для мощных ВВ и прочных пород при средней глубине скважины и плотности заряжания, близкой к максимальной, коэффициент k может быть принят равным 3 – 4. Для пластичных и пористых пород k несколько больше. При гидростатическом давлении, превышающем 100 МПа, коэффициент k, следовательно, размеры каверны меньше на 30 – 50 %. Если же dз < dс/k, каверна в породе не образуется. Длина каверны обычно немного больше длины заряда.

Радиус зоны трещин rт при торпедировании скважины удлиненным зарядом можно оценить по формуле rт = Cdз, где C – коэффициент, учитывающий свойства породы и ВВ. для прочих пород и мощных ВВ при средней глубине скважин значение коэффициента Cнаходится в пределах от 24 до 36.

Действие взрыва на обсадные, бурильные или насосно-компрессорные трубы при достаточной длине заряда (10 – 15 диаметров заряда) характеризуется отношением диаметра заряда к диаметру трубы dз/d тр. Степень деформации трубы зависит от ее прочности и свойств окружающей среды плотно прилегающее к трубе цементное кольцо или порода упрочняют трубу: деформация зацементированной трубы dз/d тр примерно в 3 – 4 раза больше деформации трубы, находящейся в воде при взрыве заряда в трубе в случае, если   между трубой и стенками скважины находится жидкость, ударная волна, отраженная от них, препятствует обрыву трубы тем больше, чем ближе труба к стенкам скважины и чем больше их отражающая способность. С увеличением dт/dс увеличивается dз для обрыва трубы. Величину заряда ВВ, необходимого для обрыва труб в конкретных условиях, определяют по номограммам, приведенным в разд. 8.

Передача детонации.

При взрыве одного заряда (активного) может взорваться другой (пассивный), находящийся на некотором расстоянии от него. В таком случае говорят о передаче детонации. Наибольшее расстояние, на котором возбуждается детонация, называют расстоянием передачи детонации; оно возрастает с увеличением массы и бризантности активного заряда, а также с повышением чувствительности и размеров пассивного заряда. При взрыве в трубах и каналах, способных служить волноводами, расстояние передачи детонации увеличивается; поэтому, например, место соединения отрезков детонирующего шнура друг с другом желательно заключать в трубку.

На передачу детонации влияют свойства среды, разеляющей заряды. Когда промежуток между зарядами заполнен воздухом, детонация пассивного заряда возникает за счет действия ударной волны, продуктов детонации и осколков оболочки активного заряда. Через плотную среду (вода, стекло, металл, грунт и др.) детонация передается только ударной волной.

Детонация передается лучше зарядами низкой плотности, что учитывают при изготовлении промежуточных детонаторов. Снижение чувствительности к передаче детонации при высоких плотностях пассивного заряда связано с уменьшением пор, даже с их потерей при достижении плотности монокристалла и с ухудшением условий поджигания ВВ, которое осуществляется за счет разогрева газовых включений и проникновенияя продуктов взрыва в поры заряда. С этим же связаны трудности возбуждения детонации зарядов ВВ, пропитанных жидкостью при больших давлениях. Например негерметичных торпед и бескорпусных перфораторов типа ПР на больших глубинах.

Безопасные расстояния по передаче детонации определяют в основном для складов ВМ (хранилищ, штабелей) по формулам и таблицам, приведенных в ЕПБ.

 Кумулятивный эффект.

Кумулятивным эффектом называют значительное повышение местного действия взрыва заряда ВВ (рис.1.1.) в определенном направлении, что достигается при наличии на одном конце заряда (противоположном месту инициирования) выемки той или формы – конической,. Сферической, параболической и др. заряды кумулятивных перфораторов и осевых торпед имеют кумулятивную выемку чаще всего конической формы. Кумулятивный эффект во много раз усиливается, если поверхность выемки покрыта тонкой металлической облицовкой.

Под действием огромного давления продуктов детонации заряда ВВ облицовка кумулятивной выемки с большой силой обжимается последовательно от вершины к основанию выемки. При схлопывании облицовки давление в металле достигает десятков и сотен тысяч мегапаскалей, металл с внутренней поверхности облицовки начинает течь, формируясь в высокоскоростную тонкую кумулятивную струю с плотностью, превышающей начальную плотность металла облицовки. В кумулятивную струю переходит в среднем около 10 % массы облицовки, а остальная ее часть формируется в стержень сигарообразной формы – пест,. Который движется в хвосте струи и полезной работы не производит, но зачастую приносит вред, застревая в пробитом канале. Полость, в которой формируется кумулятивная струя, должна быть свободна от плотного материала или жидкости.

 В создании кумулятивной струи участвует так называемая активная часть кумулятивного заряда, т.е. часть ВВ, непосредственно прилегающая к кумулятивной выемке и характеризующаяся распространением продуктов детонации в направлении кумулятивной струи. Продукты детонации остальной – пассивной части кумулятивного заряда разлетаются в стороны, полезной работы не производят и, как правило, оказывают вредное воздействие на окружающие элементы конструкции и среду. Доля активной части заряда может быть увеличена путем помещения заряда в массивную оболочку из плотного и прочного материала.

Скорость головной части кумулятивной струи достигает 8 – 10 км/с, скорость хвостовой части в несколько раз меньше, а скорость песта не превышает 0,5 – 0,8 км/с. Таким образом, кумулятивная струя в полете удлиняется и суживается, что повышает ее пробивное действие.

Оказывая на преграду высокое давление, достигающее десятков тысяч мегапаскалей, кумулятивная струя способна пробить в стали канал, длина которого в 3 – 4 раза больше диаметра заряда (калибра), а средний диаметр в 6 – 7 раз меньше него. Глубина канала, пробиваемого кумулятивной струей в горной породе, больше чем в стали, и зависит от структуры и прочностных характеристик пород; в насыщенных жидкостью породах глубина канала больше, чем в ненасыщенных. Кумулятивные заряды дают наибольшую глубину пробивания, когда они расположены на некотором оптимальном расстоянии от преграды, называемом фокусным расстоянием.

 Средства инициирования.

 Средства инициирования (СИ) предназначены для возбуждения взрывного превращения (горения или детонирования) порохов и бризантных ВВ; по назначению их разделяют на средства воспламенения и средства детонирования. Средства инициирования, как правило, срабатывают от простого начального импульса – нагрева электрическим током, луча огня, накола жалом; соответственно их разделяют на СИ электрического, лучевого и накольного действия. Последние два вида обычно называют капсюлями.

Средства инициирования электрического действия имеют мостик накаливания, окруженный воспламенительным составом. Мостик накаливания изготовляют из тонкой нихромовой или константановой проволоки, имеющей большое электрическое сопротивление (0,8 – 4 Ом). При включении электрического тока мостик накаливания нагревается и поджигает воспламенительный состав. К основным электрическим характеристикам СИ электрического действия относят: электрическое сопротивление, безопасный ток, безотказный ток и импульс воспламенения.

Электрическое сопротивление СИ складывается из сопротивления мостика накаливания и выводных проводников или контактов и является основным критерием для проверки исправности СИ.

Безопасный ток – максимальное значение постоянного тока, который, протекая через СИ в течение 5 мин, не вызовет его воспламенения, должен превышать 0,05 А. Это обеспечивает безопасную проверку целостности электрической цепи с помощью специальных электроизмерительных и контрольных приборов, дающих в цепь ток не более 0,05 А.

Безотказный ток – минимальное значение постоянного тока, который, протекая через СИ в течение 100 мс, вызывает его безотказное воспламенение (срабатывание). Эту характеристику называют еще стомиллисекундным воспламеняющим током.

Импульс воспламенения – наименьшее значение импульса тока, при котором происходит срабатывание СИ.

Средства воспламенения, используемые в ПВА, - электровоспламенители, электрозапалы и пиропатроны – содержат (в металлической гильзе) пластмассовую колодочку с мостиком накаливания и воспламенительный состав (иногда окруженный быстрогорящим порохом), дающий луч огня, который зажигает пороховые заряды инициирующий состав капсюлей-детонаторов. Пиропатрон, дающий наиболее мощный луч огня, применяют в тех случаях, когда пороховой заряд и средство воспламенения расположены в различных каморах, сообщающихся узким огнепроводным каналом.

Средства детонирования дают взрывной импульс для возбуждения детонации ВВ. капсюли-детонаторы (КД), электродетонаторы (ЭД), взрывные патроны, дающие первичный взрывной импульс, срабатывают от механического или теплового импульса. Промежуточные детонаторы (ДП), детонирующие шнуры (ДШ) и другие устройства передачи детонации срабатывают от первичного взрывного импульса.

Капсюль-детонатор содержит заряды инициирующего вторичного ВВ. капсюль-детонатор лучевого действия срабатывает от луча огня, который дают электровоспламенитель или огнепроводный шнур, и от раскаленных газов, образующихся при детонировании ВВ. капсюль-детонатор накольного действия срабатывает от накола жалом. Из-за высокой чувствительности накольного инициирующего состава содержащий его капсюль-детонатор может сработать и при трении, сплющивании, ударе, нагревании, воздействии пламени.

Промежуточный детонатор чаще всего представляет собой заряд нефлегматизированного бризантного ВВ, содержащийся в колпачке с чашечкой и имеющий низкую (1,2 – 1,3 г/см3) плотность, а следовательно повышенную восприимчивость к детонации.

Электродетонатор содержит колодочку с мостиком накаливания, на который нанесен воспламенительный состав, заряды инициирующего и вторичного ВВ.

Герметичный взрывной патрон типа П, предназначенный для работы непосредственно в жидкости, имеет герметизированный корпус в виде тонкостенной гильзы, разгруженной от внешнего давления расположенным внутри основным зарядом бризантного ВВ высокой плотности и толстостенным содержателем узла инициирования, в котором находится заряд ВВ невысокой плотности. Благодаря высокой плотности основного заряда ВВ и тонкостенной гильзе взрывной патрон типа ПГ надежно возбуждает детонацию ДШ и шашек ВВ непосредственно в жидкости при высоких давлении и температуры. Электроввод снабжен мостиком накаливания, включенном во внутреннюю электоцепь между изолированным центральным контактом и гильзой, и загерметизирован резиновым уплотнителем. На время хранения и транспортирования патрона центральный контакт замыкают проводником накоротко на гильзу.

Взрывной патрон предохранительного действия типа ПВПД, предназначенный для возбуждения детонации ДШ в кумулятивных корпусных перфораторах, содержит термостойкий электродетонатор ТЭД и промежуточный детонатор ДП, установленные в штампованной гильзе на некотором расстоянии друг от друга, а стенки гильзы в промежутке между ними снабжены отверстиями. Предохранительное действие взрывного патрона заключается в следующем. Когда перфоратор герметичен, продукты взрыва и осколки   оболочки ТЭД, образуемые при его срабатывании ДШ и всего перфоратора. Если же герметизация нарушена, пространство между ТЭД и ДП во взрывом патроне через отверстия в его гильзе заполняется жидкостью, которая препятствует передаче детонации от ТЭД к ДП, т.е. взрывной патрон отказывает. Таким образом, патрон ПВПД предотвращает нежелательное срабатывание перфоратора, заполненного водой. Взрывной патрон ПВПД-165 содержит электродетонаторы ТЭД-165 и ДП-1, а патрон типа ПВПД надежно срабатывает не только в воздушной среде, но и в парах воды, наличие которых в перфораторе исключено.

Взрывной патрон ЭДПВ-250 представляет собой ступенчатую гильзу с боковыми отверстиями, в расширенную часть которой вставлен электродетонаторТЭД-260, закрепленной чекой. В суженной горловине гильзы, предназначенной для закрепления детонирующего удлиненного заряда ДУЗТ-250, имеется ограничивающий уступ, обеспечивающий требуемую дистанцию между торцами ТЭД и ДУЗТ, благодаря чему осуществляется предохранительное действие патрона.

Детонирующий шнур представляет собой тонкий вытянутый заряд бризантного ВВ (сердцевина), заключенный в гибкую оболочку. Он служит для передачи детонации группе зарядов ВВ от одного инициатора, его применяют также в качестве основного заряда в шнуровых торпедах. Наибольшее распространение имеет шнур ДШ-В с сердцевиной изТЭНа. Согласно стандарту шнур ДШ-В должен содержать детонационную способность при нагревании до температуры 55 0С, охлаждении до –35 0С и после выдержки в воде на глубине 0,5 – 1 м в течение 12 – 24 ч. опыт эксплуатации в скважинах показал, что шнур ДШ-В сохраняет детонационную способность в течение нескольких часов не только в воздухе, с загерметизированными концами и в воде, глинистом растворе, нефти при давлении до 50 МПа и температуре до 100 0С. в этих пределах ДШ-В используют преимущественно в кумулятивных корпусных перфораторах (в воздушной среде) и в шнуровых торпедах (в жидкости).

Для инициирования зарядов кумулятивных бескорпусных перфораторов непосредственно в жидкости при тех же значениях температуры и давления служит усиленный детонирующий шнур ДШУ-ЗЗМ с большей линейной плотностью ВВ сердцевины, а для работы в корпусных перфораторах в воздушной среде при более высокой (до 200 0С) температуре – термостойкие шнуры типа ДШТ аналогичной конструкции из термостойких ВВ.

Для работы непосредственно в жидкости при температуре выше 100 0С и давлении более 50 МПа используют термостойкие детонирующие шнуры ДШТВ-150/800, таблеточные детонирующие шнуры типа ДУЗТВ. В таблеточных шнурах ДШТТ сердцевина, состоящая из отдельно спрессованных таблеток термостойкого ВВ, заключена в водозащитную оболочку.

Удлиненный детонирующий заряд типа ДУЗТВ представляет собой тонкостенную металлическую трубку, заполненную уплотненным термостойким ВВ. Удлиненный детонирующий заряд ДУЗТ-250 предназначен для работы при высокой (более 200 0С) температуре в корпусных перфораторах в воздушной среде. Термостойкие детонирующие шнуры типа ДШТ, ДШТВ, ДШТТ, ДУЗТВ и ДУЗТ воспринимают детонацию надежно только при соединении их встык, соединять их внахлест не следует.

Кумулятивные перфораторы.

Основное назначение кумулятивных перфораторов _ пробивание отверстий в стенках зацементированной обсадной колонны (перфорирование колоны), создание каналов в окружающем колонну цементном камне и в горной породе с целью вскрытия пласта-коллектора при заканчивании нефтяных, газовых, нагнетательных и водозаборных скважин или после их капитального ремонта. Этот вид прострелочно-взрывных работ называют перфорацией скважин. Кумулятивные перфораторы служат и для вскрытия пластов в скважинах, эксплуатируемых открытым забоем, создания дополнительной сети перфорационных отверстий в обсадной колонне и каналов в горной породе перед работами по повышению отдачи  или приемистости пласта, в том числе с использованием энергии пороховых газов, прострела стенок бурильной колонны с целью восстановления циркуляции промывочной жидкости в случае прихвата бурового инструмента, создания сети отверстий в стенах обсадной колонны при повторном цементировании.

Несмотря на то, что отдельные виды кумулятивных перфораторов различаются устройством и назначением, и это обусловлено многообразием областей их использования и геолого-технических условий бурения, испытания и эксплуатации скважин, можно перечислить специфические требования, предъявляемые ко всем кумулятивным перфораторам.

Прежде всего, кумулятивные перфораторы должны обеспечивать высокое пробивное действие, достаточное для простреливания одной или нескольких зацементированных обсадных колонн и создания после этого в горной породе, слагающей продуктивный пласт, каналов требуемых размеров. Причем, если глубина пробиваемых каналов важна в случае перфорации с целью вскрытия продуктивных пластов и менее существенна при работах по восстановлению циркуляции промывочной жидкости и повторному цементированию, то диаметр отверстий в стенках труб и каналов в цементном камне и горной породе оказывает решающее влияние на эффективность перфорации при всех видах работ. В связи с возникающей иногда необходимостью прострела утяжеленных бурильных труб (УБТ) при малом проходном диаметре и толстой стенке нужно, чтобы соответствующий перфоратор обеспечивал весьма высокое пробивное действие. Наряду с большими размерами пробиваемых каналов необходимо обеспечить их чистоту, т.е. исключить засорение каналов остатками кумулятивных зарядов и струй и сохранить проницаемость стенок каналов в породе.

Кумулятивные перфораторы должны свободно проходить в скважинах во время спуска и подъема в утяжеленных и вязких растворах и не должны засорять сколько-нибудь существенно скважину. Необходимо, чтобы оставшиеся после выстрела перфоратора осколки не мешали последующим работам по испытанию, эксплуатации и ремонту скважины. Для достижения высокой производительности работ конструкция кумулятивного перфоратора должна обеспечить вскрытие всей мощности продуктивного пласта при требуемой плотности перфорации за минимальное число спусков, а лучше всего за один спуск. При этом воздействие на обсадную колонну и цементное кольцо не должно превышать допустимого в конкретных условиях.

Более высокого гидродинамического совершенства вскрытия пласта и лучшей сохранности конструкции скважины достигают при размещении перфорационных отверстий равномерно по всей поверхности стенок скважины. Поэтому целесообразно оси зарядов сдвигать на 90 0С отстрел всех зарядов только в две стороны и тем более в одну нежелателен.

Действие кумулятивных перфораторов всех типов основано на способности кумулятивной струи, образуемой при детонировании заряда ВВ с облицованной выемкой, пробивать отверстия или каналы в различных преградах. Поэтому рассмотрение кумулятивных перфораторов целесообразно начать с общего для всех перфораторов элемента – с кумулятивного заряда, в котором используется так называемый кумулятивный эффект, давший название всему семейству перфораторов.

Конструкция зарядов кумулятивных перфораторов подчинена требованиям высокого пробивного действия при малых габаритных размерах и массе ВВ. Размеры зарядов ограничены стенками корпуса перфоратора или индивидуальных оболочек и величиной минимально допустимого зазора между перфоратором и стенками обсадной колонны. Масса ВВ должна быть минимальной для того, чтобы уменьшить вредное воздействие взрыва на обсадную колонну и цементный камень, а также на  стенки корпуса самого перфоратора. В этих целях внешнюю конфигурацию шашки выбирают такой, чтобы сократить долю пассивной ВВ (чаще всего цилиндрическая форма), шашку прессуют до максимально достижимой в производственных условиях плотности, которой соответствует наибольшая скорость детонации. Основную шашку заряда для большей безопасности в обращении с ней и лучшей прессуемости изготовляют из флегматизированного или пластифицированного ВВ соответствующей термостойкости. При этом, однако, существенно снижается восприимчивость ВВ к детонации, чем и вызвана необходимость в более чувствительном промежуточном детонаторе – нефлегматизированном ВВ, для обеспечения прочности запрессованном с малой плотностью в тонкостенный металлический (алюминий, медь, сталь) содержатель.      

Оболочка заряда, ограничивающая ВВ, препятствует разлету продуктов детонации,. Повышает эффективность кумулятивного заряда, увеличивая размеры пробиваемого канала. Материал оболочки должен иметь большую плотность, малую сжимаемость и высокую способность к поглощению ударных волн.

Облицовку кумулятивной выемки делают из материалов с большой плотностью, обладающих высокой пластичностью при больших скоростях деформации и температуре, чаще всего из меди, стали, сплавов цветных металлов. Меньшее пестообразование наблюдается при облицовке из легкоплавких сплавов цветных металлов, металлических порошков или при биметаллических облицовках с легкоплавким внешним слоем. Толщина облицовки зависит от формы, размеров заряда и выемки, материала облицовки и ВВ и для распространенных перфораторных зарядов находится в пределах 0,6 – 1,2 мм.

Для достижения высокой эффективности кумулятивного заряда необходимо обеспечить симметрию всех деталей и сборки заряда, отсутствие зазоров между облицовкой и выемкой в шашке ВВ, осесимметричное и полноценное инициирование. Это легче осуществить при совместном прессовании шашки ВВ с кумулятивной облицовкой непосредственно в оболочку заряда.

Обязательным условием образования кумулятивной струи является отсутствие в кумулятивной полости заряда какого-либо плотного (твердого или жидкого) вещества. Для правильного формирования кумулятивной струи требуется также некоторое свободное от жидкости или деталей пространство перед кумулятивной полостью заряда. Кумулятивные заряды перфораторов изолируют от промывочной жидкости путем помещения группы их в общий герметичный корпус (корпусные перфораторы) либо заключения каждого заряда в индивидуальную герметичную оболочку (бескорпусные перфораторы).

Негерметичные оболочки зарядов корпусных перфораторов изготовляют из бумажного литья, пластмассы, металла. Более высокой пробивной способности достигают при металлической оболочке, а большей долговечности корпуса перфоратора – при бумажно-литой (в случае одинаковой массы ВВ). герметичные оболочки бескорпусных перфораторов изготовляют из материалов, обеспечивающих гидропрочность (непроницаемость для жидкости под давлением) и поддающихся разбуриванию, таких как пластмасса, алюминиевое литье, стекло, ситалл, которые не засоряют скважину и выдерживают высокое давление и температуру; менее всего подходит пластмасса.

 Кумулятивные корпусные перфораторы.

Прочный герметизируемый корпус перфоратора защищает размещенные в его полости кумулятивные заряды и средства детонирования от непосредственного контакта со скважинной жидкостью и действия гидростатического давления. Места соединения частей корпуса снабжены резиновыми уплотнительными кольцами.

 Кумулятивные перфораторы (кроме типа ПНКТ) спускают в скважину на кабеле. Корпусные перфораторы (кроме ПКОС38, ПКОС32 и ПКО50) присоединяют к кабелю с помощью кабельного наконечника КГ60-, поставляемого независимо от перфораторов. Для присоединения к кабельному наконечнику верхняя часть головки перфораторов снабжена резьбой М48*3, а с целью обеспечения электровзрывной цепи – герметичным электровводом, выпускаемым в двух исполнениях по допустимым пределам температуры и давления. В электровводе имеется изолированный центральный контакт, в канал которого перед свинчиванием перфоратора с кабельным наконечником вставляют контакт последнего, соединенный с токопроводящей жилой кабеля. Место соединения контакта со стержнем электроввода герметизируют резиновым уплотнением.

 Инициирование группы кумулятивных зарядов, размещенных в корпусе перфоратора, осуществляют детонирующим шнуром, который срабатывает от взрывного патрона предохранительного действия ПВПД. Поскольку предохранительный отказ взрывного патрона ПВПД обусловлен заполнением жидкостью воздушного промежутка в детонационной цепи, его располагают в нижней части перфоратора под кумулятивными зарядами, что исключает срабатывание ДШ и кумулятивных зарядов также в случае частичного заполнения корпуса жидкостью. Поэтому не следует взрывать детонирующий шнур вплотную прилегающим к нему электродетонатором.

 Детонирующий шнур проходит через отверстия или пазы в хвостовой части кумулятивных зарядов, располагаясь внутри корпуса перфоратора по спирали. Отрезок ДШ длиннее корпуса на 15 – 20 %. Один проводник взрывного патрона присоединен к корпусу перфоратора, другой – с помощью электропривода, проходящего через весь корпус перфоратора, к изолированному центральному стержню электроввода. Отрезок электропривода длиннее корпуса на 25 – 30 мм.

В кумулятивных корпусных перфораторах используют кумулятивные заряды, детонирующие шнуры, взрывные патроны электропривода, резиновые уплотнительные детали различной термостойкости в зависимости от температуры в скважине.

 Перфораторы многократного использования.

Кумулятивные корпусные перфораторы ПК103Д иПК85Д имеют прочный толстостенный корпус из высоколегированной стали, неразрушаемый и малодеформируемый при взрыве кумулятивных зарядов. Для прохода кумулятивных струй стенки корпуса перфоратора снабжены расположенными по спирали ступенчатыми окнами, которые загерметизированы дюралюминиевыми дисками и резиновыми пробками. Резьбы на концах корпуса, предназначенные для свинчивания с наконечником и головкой, позволяют непосредственно соединять между собой два или три корпуса и, следовательно, спускать за один рейс в скважину удвоенное или утроенное число зарядов. В расточке нижней части корпуса установлен и с помощью пружинного кольца зафиксирован пластмассовый диск (крестовина) с взрывным патроном ПВПД, один из проводников которого прикручен к пружинному кольцу.

В кумулятивных зарядах ЗПК103 и ЗПК80 прессованная шашка ВВ с конической медной облицовкой кумулятивной выемки и промежуточный детонатор ДП-1 закреплены в бумажно-литой оболочке с помощью вклеенной прессшпановой манжеты. Кумулятивный заряд хвостовой частью установлен в углублении  на внутренней поверхности корпуса и зафиксирован картонной втулкой, входящей через отверстие в манжете в кумулятивную выемку заряда и опирающей на коническую поверхность облицовки.

При подаче по кабелю электрического импульса срабатывает взрывной патрон, вызывая практически одновременно детонацию ДШ и кумулятивных зарядов. Возникающая при детонировании заряда кумулятивная струя пробивает опорный диск и резиновую пробку перфоратора, слой жидкости между перфоратором и обсадной колонной,. Стенку последней, слой цементного камня и образует канал в горной породе. Продукты взрыва зарядов и средств детонирования создают в полости перфоратора высокое давление и выталкивают из гнезд опорные диски и резиновые пробки, пробитые кумулятивной струей. Вслед за этим из-за остывания газов давление внутри перфоратора снижается, и скважинная жидкость под действием гидростатического давления заполняет полость перфоратора. При этом в перфоратор частично засасываются пробитые резиновые пробки и осколки дисков, которые скапливаются в полости наконечника и затем извлекаются вместе с перфоратором из скважины.

Корпус перфоратора при каждом отстреле деформируется в направлении, перпендикулярном к оси заряда. Средняя деформация по наружному диаметру за один залп составляет 0,2 мм. Деформируются также, хотя и в меньшей степени, боковые окна, приобретая овальность, что к концу срока службы перфоратора снижает надежность герметизации.

Перфораторы типа ПК поставляют незаряженными (без зарядов и средств детонирования) в комплекте с запасными частями.

Кумулятивные заряды поставляют отдельно от перфораторов в комплекте с расходными и уплотнительными деталями. Средства детонирования (ПВПД и ДШ) универсальны, их поставляют централизованно.

При сборке и заряжании перфоратора вначале через корпус пропускают сплошные отрезки детонирующего шнура и электропровода; последний предварительно присоединяют к центральному контакту электроввода, обеспечивая надежную изоляцию места соединения. Кумулятивные заряды последовательно нанизывают на ДШ и вставляют в корпус с помощью приспособления для заряжания в виде клещей, следя за правильной установкой заряда хвостовиком в соответствующем углублении и за надежной фиксацией в боковом окне корпуса.

Корпус 10-зарядного перфоратора заряжают со стороны наконечника. Сдвоенный корпус 20-зарядного перфоратора заряжают с двух сторон: вначале со стороны головки, затем со стороны наконечника. Для сборки 30-зарядного перфоратора заряжают сдвоенный корпус, привинчивают к нему третий (нижний) корпус, пропустив через него ДШ и провод, после чего устанавливают последние десять зарядов. Сборку и заряжание перфоратора завершают непосредственно у устья скважины: устанавливают на место и присоединяют взрывной патрон, затем на корпус осторожно навинчивают наконечник.

Поврежденные при отстрелах опорные буртики в окнах корпуса и углубления под хвостовик заряда на его внутренней поверхности исправляют, используя развертки и зенкеры. Опорный буртик, простреленный кумулятивной струей заряда, сместившегося из-за небрежной сборки, предварительно заваривают. Деформированное гнездо окна, не обеспечивающее герметизацию нормальными пробкой и диском, можно увеличить зенкерованием до диаметра, на 1,5-2 мм большего, чем номинальный диаметр, устраняя овальность. Увеличенное окно герметизируют ремонтными диском и пробкой. При большом повреждении гнезда в него вставляют стальной диск толщиной 7 – 8 мм и наглухо заваривают. Такой перфоратор используют как 9-зарядный. Если же корпус прострелен вдали от окна, образовавшееся отверстие заваривают электросваркой. После сварочных работ корпус проверяют на герметичность в сосуде высокого давления (СВД) или в скважине.

Кумулятивные корпусные перфораторы ПК105ДУ и ПК85ДУ – модификации перфораторов ПК103Д и ПК85Д, мало отличаются от них устройством и действием. В перфораторах типа ПК-ДУ диаметр боковых окон, соответственно опорных дисков и резиновых пробок, меньше, опорные диски стальные, электроввод рассчитан на более высокие значения параметров.

Кумулятивные заряды ЗПК105 и ЗПК85 в бумажнолитых оболочках,. Снабженные алюминиевой манжетой с цилиндрическим посадочным пояском под алюминиевую фиксирующую втулку, поставляют в трех исполнениях для температур до 150, 180 и 200 0С. Перфораторы типа ПК-ДУ собирают и ремонтируют так же, как и перфораторы типа ПК.К перфораторам типов ПК и ПК-ДУ разработаны унифицированные кумулятивные заряды ЗПК 105-7 и ЗПК 85-7.

Кумулятивные корпусные перфораторы повышенной эффективности ПК95Н и ПК85Н снабжены зарядами в мекталлических оболочках, а окна корпуса закрыты ввинтными пробками с уплотнительными прокладками. Наконечник перфоратора снабжен центральным клапаном, загерметизированным вышибным металлическим опорным диском и резиновой пробкой, предназначенным для выхода газов в случае непредвиденного выгорания зарядов без образования кумулятивных струй.

В кумулятивных зарядах ЗПК-Н ВВ вместе с кумулятивной облицовкой запрессовано в массивную оболочку из стали или цинка, который заключен в защитный амортизатор из резины для уменьшения воздействия осколков оболочки на корпус перфоратора.

 

Перфораторы однократного использования

Кумулятивные корпусные перфораторы ПКО89, ПКО73, ПКО60, ПКО50, ПКОТ 89, ПКОТ73 имеют глухой корпус в виде отрезка горячекатаной стальной трубы без механической обработки по наружной и внутренней поверхностям с резьбами на обоих концах для соединения с головкой и наконечником с герметизируемым центральным каналом.

В перфораторах типа ПКОТ внутри корпуса имеется толстостенная опорная труба со сквозными окнами для размещения зарядов. Он предназначен для работы в скважинах с высоким гидростатическим давлением.

Заряды ЗПКО89 и ЗПКО73 смонтированы на металлической ленте и закреплены пружинными фиксаторами. В ПКОТ заряды установлены в отверстиях опорной трубы и закреплены также пружинными фиксаторами.

В перфораторах ПКО взрывной патрон прикреплен к лепестку ленты, а в ПКОТ – к пружинной скобе.

Кумулятивные перфораторы, спускаемые на насосно-компрессорных трубах

ПНКТ1-89 и ПНКТ1-73 состоят из головки перфоратора с ударным механизмом и корпуса перфоратора с кумулятивными зарядами и средствами инициирования. Существуют 4 типоразмера перфораторов. Аналогичных по устройству и различающихся наружным диаметром и исполнением корпус на определённое давление.

Головка с ударным механизмом – единая для всех типоразмеров (73 мм). Верхняя часть головки заканчивается муфтой, служащей для присоединения перфоратора к колонне НКТ с проходным отверстием Ø не менее 50 мм. В стенках муфты имеются три сквозных отверстия для сообщения полости НКТ со скважиной. Корпус головки снабжен двумя радиальными  отверстиями, через которые скважинная жидкость  получает доступ к ударнику. В нижней части ударника размещен утапливаемый боёк, связанный с ударником стальными шариками и чекой. Ударник удерживается в корпусе головки стальными шариками, фиксируемыми стопорной гайкой и распорной втулкой, которая закреплена чекой. Переходная муфта соединена с корпусом головки левой резьбой, что позволяет  отвинтить НКТ от  корпуса перфоратора в случае его прихвата. В переходной муфте размещено устройство инициирования с отрезком ДШ. Устройство инициирования включает капсюль-детонатор накольного типа и шашки ВВ с гнездом под ДШ, размещенные в пластмассовом корпусе.

Спуск перфоратора на трубах происходит медленнее, чем на кабеле, возмлжны непредвиденные остановки. В связи с этим время пребывания перфораторов типа ПНКТ1 в скважине при высокой температуре больше. Соответственно максимально допустимая температура для универсальных ВМ.

Для приведения в действие перфоратора типа ПНКТ1 после установки его в нужном интервале и оборудования устья скважины фонтанной арматуры через устьевую задвижку внутрь колонны НКТ вбрасывают резиновый шар Ø 45 мм. Двигаясь под действием собственного веса и прокачиваемой насосом  или компрессором жидкости, шар  достигает седла штока и полность перекрывает осевой канал муфты Ø 44 мм. Под действием возрастающего при этом давления на шток срезается предохранительная чека, после чего шток давит на распорную втулку и срезает вторую чеку. Перемещаясь вниз, втулка освобождает шарики, ударник выходит из зацепления с корпусом головки, под действием гидростатического давления энергично устремляется вниз и жалом бойка производит накол капсюля – детонатора, вызывая срабатывание 1-й секции корпуса. Резиновый шар, протолкнув шток ниже боковых отверстий в муфте, не препятствует дальнейшей циркуляции жидкости.

О срабатывании перфоратора судят по звуковому эффекту, толчку нагнетательной или выкидной линии. Время движения резинового шара после вбрасывания до момента срабатывания перфоратора зависит от внутреннего состояния поверхности НКТ, плотности и вязкости жидкости, производительности насосного аппарата и составляет приблизительно 20-25 минут

Кумулятивные бескорпусные перфораторы

Кумулятивные бескорпусные перфораторы не имеют общего корпуса, кумулятивные заряды заключены в индивидуальные герметичные оболочки из прочного, но хрупкого материала и вместе со средствами инициирования (герметичный взрывной патрон, влагостойкий ДШ) смонтированы в каркасе, удобном для спуска в скважину. Взрывпатрон типа ПГ, ПГН, как правило, расположен в нижней части перфоратора, что предотвращает оставление в скважине части не сработавших зарядов в случае затухания детонации в ДШ и его отказа. Один проводник ПГ через монтажный провод соединён с токопроводящей жилой кабеля, другой - с каркасом перфоратора. По степени сохранности каркаса бескорпусные перфораторы разделяют на полуразрушающиеся (с извлекаемым каркасом) и полностью разрушающиеся.

Перфораторы с извлекаемым каркасом

Кумулятивные ленточные перфораторы с зарядами в стеклянных или ситталовых оболочках ПКС105У, ПКСУЛ105,ПКСУЛ80 имеют каркас в виде сборной гирлянды стальных лент с верхней головкой под кабельный наконечник и нижним чугунным грузом. Ленты снабжены гнёздами с Г- образными крючками для крепления зарядов и отверстиями для пропуска электропровода. Ленты ПКС105У снабжены отверстиями для проведения ДШУ или ДШТТ, а в лентах ПКСУЛ каждое второе гнездо под заряд снабжено  продольными пазами, что позволяет монтировать ДШ, вдавливая его в это гнездо зарядом. В перфораторах ПКС105У ленты друг с другом и с грузами соединяют с помощью пальцев, а в ПКСУЛ – байолнетными замками.

При отстреле перфоратора типа ПКС оболочки зарядов разрушаются на мелкие частички, не засоряя скважину, ленты деформируются, не разрушаясь, и их извлекают из скважины. По раздутию гнёзд, в которых находились заряды, судят об их срабатывании. При сборе перфоратора типа ПКС отдельные ленты соединяют в гирлянды необходимой длины, в гнёзда лент устанавливают заряды и оснащают гирлянду сплошным отрезком ДШ.

Кумулятивные каркасные перфораторы ПРК65, ПРК54, ПРК42 имеют стальной жесткий каркас, на котором смонтированы заряды  в литых оболочках из хрупкового алюминиевого сплава. Все заряды смонтированы в одну сторону. Каркасы соединяются между собой в гирлянду требуемой длины.

После отстрела перфоратора в скважине из нее извлекают головку, каркас, наконечник вместе с кабельной головкой, которые используют (кроме корпуса) многократно. По деформации каркаса можно судить о полноте срабатывания зарядов. Осколки оболочек разрушившихся зарядов остаются в скважине, частично засоряя ее.

 Полностью разрушающиеся перфораторы

Разрушающийся перфоратор КПРУ65 содержит кумулятивные заряды в герметичных оболочках, соединённых в гирлянду требуемой длины с помощью полуобойм, скрепленных между собой Г – образными выступами, входящими в соответствующие пазы.Внизу гирлянды в специальном наконечнике устанавливается взрывной патрон типа ПГ, от которого с помощью ДШУ или ДШТТ-180 взрыв передается вышерасположенным  кумулятивным зарядам. Оболочки зарядов изготовлены из хрупкого, но прочного литьевого алюминиевого сплава и при взрыве разрушаются на осколки различной величины.

В разрушающемся перфораторе ПР100 герметичные кумулятивные заряды в литых оболочках соединены между собой в гирлянду цилиндрическими приливами и шплинтами. При этом достигается  максимальная плотность перфорации.

Разрушающиеся перфораторы ПР54 и ПР43, как и перфораторы КПРУ65, содержат кумулятивные заряды и соединительные обоймы   в литых алюминиевых оболочках. Перфораторы характеризуются тем, что детонация от взрывпатрона передается зарядам встроенной детонационной линией, состоящей из участков пластичного ВВ, помещенного при снаряжении на заводе в каналы обойм, и кольцевых прессованных шашек ВВ, также помещенных в обоймы. Заряд, соединённый на заводе со снаряженной обоймой не подлежит разборке. К концевой обойме прикреплен наконечник с конической шашкой, к которой примыкает взрывной патрон типа ПГ, укрепленный в желобе наконечника. Детонация в заряде возбуждается сходящейся ударной волной, образуемой при взрыве кольцевой шашки детонационной цепи.

Комплект перфоратора ПР54 или ПР43 включает десять собранных секций, состоящих из пяти зарядных комплектов каждая, один переходник, один снаряженный наконечник и головку.

Достоинства и недостатки различных типов

кумулятивных перфораторов

Корпусные перфораторы.

Бескорпусные перфораторы.

Перфораторы, спускаемые на трубах.

Области и методика использования кумулятивных перфораторов

От выбора аппаратуры и методики перфорации зависят эффективность вскрытия пласта и достижение конечного результата – получение максимального притока нефти и газа из пласта  и сокращение времени на испытание или опробование и освоение скважины, а также  сохранность элементов конструкции скважины. Эффективность вскрытия пласта перфорацией зависит от многих факторов: от размеров канала, плотности перфорации, состояния канала и породы вокруг него, типа коллектора, характера физико-химического взаимодействия насыщающего его флюида с породой, размеров и степени загрязнения прискважинной зоны пласта при  бурении и цементировании, от условий вскрытия пласта и последующего освоения скважины, направления перепада давления (репрессия, депрессия на пласт), свойства промывочной жидкости, используемой при перфорации, способ достижения требуемой плотности перфорации, расположение каналов в плане скважины (в одном или четырех направлениях).

Выбор техники, методики и технологии вскрытия пласта перфорацией определяется геологическими условиями месторождения ( свойствами коллектора и насыщающих флюидов, глубиной залегания и мощностью пласта, пластовыми давлением и температурой), стадией разработки его, назначением, техническим состоянием и характеристикой скважины (диаметром ствола, количеством, диаметром толщиной стенки, материалом обсадных колонн, качеством цементирования), технологией бурения (типом и плотностью промывочной жидкости, направлением перепада давления), характеристикой устьевого оборудования, порядком испытания или освоения скважины, техническими и эксплуатационными характеристиками перфораторов. Прежде всего определяют приемлемый метод вскрытия пласта, затем выбирают типоразмер перфоратора и разрабатывают технологию производства работ.

Различают два основных метода вскрытия пласта перфорацией: вскрытие пласта при репрессии, когда перепад давления направлен из скважины в пласт; вскрытие пласта при депресии, когда перепад давления направлен из пласта в скважину. Возможен вариант при равновесии давлений.

Вскрытие пласта при репрессии

Перфорацию скважин при репрессии осуществляют в условиях не герметизируемого устья и заполнения скважины утяжеленным раствором, который предотвращает открытый выброс нефти или газа, но снижает естественную проницаемость прискважинной зоны и продуктивность скважины. Этот метод наиболее распространён, поскольку он прост и во многих случаях обеспечивает достаточную эффективность вскрытия пласта. Этот метод допустим, если пласт обладает хорошей проницаемостью, мало загрязнен в процессе бурения, способен самоочищаться, а гидростатическое давление не на много превышает пластовое.

Вскрывают пласт при репрессии перфораторами всех типов, спускаемых на кабеле. Требуемый типоразмер перфоратора выбирают с учетом гидростатического давления, плотности промывочной жидкости и минимально допустимого зазора между перфоратором и стенкой скважины. Зазор  для перфораторов типа ПК, ПК-ДУ, ПК- Н составляет 15 мм  при плотности ПЖ до 1,5 г/см3 ; для перфораторов типов ПКО, ПКОТ, ПНКТ 23-25 мм, ПКС – 13 и 22 мм КПРУ и ПР – 10 и 15 мм.

Воздействие взрыва на обсадную колонну и цементный камень зависит от типа перфоратора, массы ВМ, плотности перфорации, качества цементирования и др. По возрастанию степени воздействия перфораторы располагаются в следующей последовательности: ПК-Н, ПК-ДУ, ПК, ПКОТ, ПКО, ПНКТ1, ПРК, ПР43, ПР54, КПРУ, ПКС, ПР100.

Перфораторы типов ПК-Н, ПКО, ПКОТ, ПНКТ1, ПКОС практически не засоряют скважину остатками. В скважинах, заполненных вязким раствором , необходимо использовать перфораторы, средняя плотность которых существенно превышает плотность раствора. При необходимости к перфоратору присоединяют груз соответствующей массы.

Корпусные перфораторы типов ПК и ПК-ДУ массовое средство вскрытия пласта в несложных скважинах средней глубины, в неглубоких скважинах с низким гидростатическим давлением и в сухих скважинах. Они обеспечивают сохранность обсадной колонны и цементного камня, достаточное пробивное действие и проходимость при невысокой производительности труда. Перфораторы повышенной эффективности типа ПК-Н и перфораторы типов ПКО, ПКОТ, используют для вскрытия пластов в глубоких скважинах двух и трёх колонной конструкции при повышенных значениях температуры и давления.

Перфораторы ПКОС89, 73, 60, используют на сверхглубоких скважинах, при высоких температурах и глубинах, ПКОС 38, 32 – для прострела стенок труб малого диаметра.

Ленточные  перфораторы ПКС с зарядами в стеклянных или ситталовых оболочках, обеспечивающие высокое пробивное действие и производительность труда, - наиболее массовое средство вскрытия пласта в скважинах средней глубины, в т.ч. двух и трех колонной конструкции на месторождениях, характеризующихся большой мощностью пластов-коллекторов, где допустимо повышенное воздействие взрыва на обсадные трубы и цементный камень.

Бескорпусные разрушающиеся перфораторы типов КПР. ПР54, ПР43, ПРК для перфорации при репрессии применяют в скважинах средней глубины малого диаметра или в случае наличия местных сужений в колонне, когда необходимо получить одновременно большое количество отверстий. Перфоратор ПР100 предназначен для вскрытия пластов при наличии до четырёх зацементированных обсадных колонн, при большой толщине цементного кольца или в слабо проницаемых и сильно загрязненных в процессе бурения коллекторах.. Все перфораторы с зарядами  в оболочках из алюминиевого сплава используют в скважинах, в которых имеется зумпф достаточной глубины для осаждения осколков и допустимо повышенное воздействие взрыва на обсадную колонну и цементный камень.

Вскрытие пласта при депрессии

Перфорация скважин при депрессии – более прогрессивный по сравнению с перфорацией при репрессии метод, осуществляемый в условиях герметизируемого устья, оборудованного фонтанной арматурой, и заполнения скважины облегченным раствором, нефтью, дизельным топливом. При необходимости снижают уровень жидкости. Депрессия предотвращает вторжение промывочной жидкости в прискважинную зону пласта и ухудшения ее естественной проницаемости. Благодаря этому достигается высокая эффективность вскрытия пласта, т.е. получение больших притоков при сравнительно невысокой плотности перфорации. Этого зачастую не удаётся при негерметизируемом устье скважины и утяжеленном расьворе даже при значительном завышении плотности перфорации.

Вскрытие пласта при депрессии дает существенный экономический эффект. Он обусловлен исключением операций. Связанных с повторным спуском колонны НКТ, приготовлением утяжеленного раствора для перфорации и с интенсификацией притока, требуемых  в случае вскрытия пласта при репрессии. Существенно сокращаются сроки  испытания разведочных скважин и освоения эксплуатационных. Пласты, вскрытые при депрессии, особенно на месторождениях с аномально высоким давлением, обычно проявляют себя довольно быстро, не требуя специальных мероприятий для вызова притока нефти или газа.

Вскрывать пласт при депрессии предпочтительно в случаях: а) проницаемость прискважинной зоны пласта с хорошими коллекторскими свойствами снижена в процессе бурения по сравнению с естественной; б) перфорация при репрессии не обеспечивает гидродинамической связи скважины с пластом; в) ожидаемое пластовое давление или аномально высокое или аномально низкое; г) пластовое давление снижено на поздних стадиях разработки месторождения; д) нет соответствия между данными геофизических исследований  и результатами испытания пласта после перфорации при репрессии.

В условиях депрессии вскрывать пласт малогабаритными перфораторами, спускаемими через насосно-компрессорные трубы при оборудовании устья скважины лубрикатором целесообразно, когда: в скважину необходимо спускать геофизические приборы; требуется дополнительная перфорация эксплуатируемого горизонта с целью повышения его продуктивности или вскрытия следующего интервала без глушения предыдущего. Малогабаритные разрушающиеся перфораторы с зарядами в оболочках из алюминиевых сплавов (ПР, КПРУ, ПРК) можно использовать, если допустимо повышенное воздействие взрыва на стенки скважины и глубина зумпфа достаточна для осаждения осколков. Эти перфораторы позволяют вскрытие пласта в газовой среде  или при низком гидростатическом давлении.

Не следует применять перфораторы через НКТ, при заполнении интервала глинистой промывочной жидкостью и для вскрытия пластов. Насыщенных агрессивными и токсичными флюидами, например сероводородом, из-за опасности утечек в лубрикаторе. Бескорпусные перфораторы не следует применять для вскрытия приконтактных зон с некачественным цементированием, а использование их при наличии в интервале перфорации более двух обсадных колонн не целесообразно.

Вскрывать пласт при депрессии ПНКТ1 на НКТ целесообразно в случаях: а) требуется большая глубина пробиваемых каналов, например, при значительном загрязнении прискважинной зоны пласта или в скважинах двух- и трёхколонной конструкции; б) необходимо вскрыть один или несколько разобщенных пластов мощностью 50 и более метров; в) недопустимо воздействие взрыва на колонну или цементный камень; г) отсутствует зумпф для осаждения осколков разрушающихся перфораторов; д) при работе в сильно искривлённых и наклонно направленных скважинах, в которых трудно спустить перфоратор на кабеле; е) в трудно доступных районах, куда трудно доставить подъемник с кабелем и лубрикатор с мачтой, требуемые при работе с малогабаритными перфораторами, спускаемыми через НКТ. Перфораторы ПНКТ1 можно использовать в глубоких скважинах при высоких давлениях и температуре, но с ними нельзя работать  в случаях гидростатического давления ниже 10Мпа, в газовой среде, в эксплуатационных скважинах, по которым предполагается  осуществлять контроль за разработкой месторождения с помощью приборов, спускаемых через НКТ.

Пулевые перфораторы

Назначение, устройство и действие

пулевых перфораторов

 Основное назначение пулевых перфораторов с вертикально-криволинейными стволами – вскрытие пластов в нефтяных и газовых скважинах в сложных геолого-технических условиях. Они пробивают в пласте цилиндрические каналы с чистой поверхностью. Особенно успешно их используют при вскрытии коллекторов, загрязнённых в процессе бурения на утяжелённом растворе.  Их целесообразно применять в скважинах двух и трёхколонной конструкции для подготовки скважины к соляно-кислотной обработке.

Пулевые перфораторы представляют собой систему «ствол-пуля-заряд». Срабатывание перфоратора происходит от электровоспламенителя. Сгорание заряда приводит к образованию газов под давлением до 600 МПа, под влиянием происходит разгон пули до скорости 800-850 м/с. Пули разрушают дульные диски и пробки, перемещаются по криволинейным стволам и проникают в стенки скважины под углом 60-70º.

Пороховые генераторы

и аккумуляторы давления

Одним из рациональных и эффективных методов воздействия на прискважинную зону продуктивного пласта с целью установления надежной гидродинамической связи скважины с пластом является разрыв пласта продуктами горения порохового заряда. Под воздействием давления жидкости и газа, равного или превышающего горное, горные породы необратимо деформируются. Способ разрыва пласта пороховыми газами основан на механическом, тепловом и химическом воздействии газов на горные порода и насыщающие их флюиды.

Механическое воздействие пороховых газов на пласт (трещинообразование) зависит от величины создаваемого  в скважине давления, темпа его роста и времени действия.

Тепловое воздействие проявляется в расплавлении твердых парафиновых и асфальто-смолистых отложений. Образующиеся газы (СО, СО2, N2, Cl2) снижают вязкость и поверхностное натяжение нефти на контактах с горной породой за счет растворения в ней этих газов и частично растворяют карбонатные породы, цемент и окислы железа образующейся соляной кислотой.

Горение порохового заряда в скважине. Заполненной жидкостью, сопровождается резким повышением давления и температуры. Под воздействием их давления жидкость смещается по стволу скважины. Остальная часть газов вместе со скважинной жидкостью под действием давления, равному горному или превышающем его, с высокой скоростью задавливается через перфорационные каналы или естественные трещина в пласт, выполняя роль клина, раздвигающего горную породу. После окончания горения происходит дальнейшее движение жидкости по скважине по инерции. К моменту окончания подъема жидкости давление в газовом пузыре будет меньше, чем давление столба жидкости, и он начинает движение вниз. Давление в газовом пузыре будет увеличиваться и к моменту полного израсходования энергии столба жидкости превысит гидростатическое. Происходит пульсация газового пузыря с затухающей амплитудой колебания. За счет пульсации пороховые газы при движении из пласта очищают трещины от продуктов химической реакции и песчано-глинистых частиц.

С целью разрыва пласта  и термогазохимического воздействия на его прискважинную зону применяют пороховые генераторы давления ПГД БК-100М и ПГД БК-1590 и аккумуляторы давления АДС-5 и АДС-6.

Пороховые генераторы давления

Генераторы давления ПГД БК-100М и ПГД БК-150 различаются устройством и пределами применения. Генератор ПГД БК состоит из нескольких, соединённых между собой пороховых зарядов, пусковых пиротехнических воспламенителей, кабельной головки, пиропатрона, соединительных и уплотнительных деталей.

Заряд ПГД БК-150 смонтирован на опорной трубе из алюминиевого сплава, по всей поверхности покрыт гидроизоляционным составом, а по наружной боковой поверхности – дополнительным покрытием, предохраняющим заряд от трения и ударов о колонну и обеспечивающим прогрессивное горение по поверхности канала.. Резьбы и проточки на концах опорной трубы позволяют соединить между собой необходимое число зарядов с помощью штуцеров. Внутри опорных труб размещают пусковые пиротехнические воспламенители ППВ.ПГД.БК-150. Он представляет собой прессованную цилиндрическую шашку из пиротехнического состава. Опорные трубы загерметизированы в нижней части заглушкой, в верхней – кабельной головкой однократного использования, изготовленной из алюминиевого сплава. В головке размещен пиропатрон.

Боковая поверхность зарядов ПГД.БК-100М также имеет защитное покрытие. Заряды поставляют комплектом, состоящим из одного воспламенительного заряда и пяти основных. В канале воспламенительного заряда размещают опорную трубу с пиротехническим воспламенителем, загерметизированную в верхней части кабельной головкой, в нижней – заглушкой. Основные заряды, размещенными над воспламенительным, надеты на каротажный кабель, нижние – на специальный трос. Для регистрации максимального давления, создаваемого генератором, на расстоянии 10 м от верхнего торца генератора к кабелю прикрепляют крешерный прибор. Значение созданного давления находят по специальной таблице, прилагаемой к каждой партии крешерных столбиков, в зависимости от степени обжатия столбика.

Действие генератора ПГД.БК-150 происходит следующим образом: При подаче по кабелю электрического импульса срабатывает пиропатрон, который поджигает пусковые воспламенители (ППВ), расположенные во всех каналах опорных труб. Образующиеся продукты сгорания пусковых воспламенителей поджигают стенки труб и воспламеняют пороховые заряды по поверхности, находящейся в контакте с трубами. В генераторе ПГД.БК-100 продукты горения воспламенительного заряда поджигают основные заряды.

Пороховые аккумуляторы давления

Пороховые аккумуляторы давления АДС-5 и АДС-6 различаются конструкцией порохового заряда. Заряд АДС-5 – бесканальный, АДС-6 состоит из воспламеняющих и сгорающих пороховых зарядов. В воспламеняющем – имеется загерметизированная спираль накаливания для воспламенения от электрического напряжения.

Пороховые заряды АДС не имеют герметичной оболочки и находятся в контакте со скважинной жидкостью. На боковой поверхности зарядов находятся диаметральнл расположенные пазы, куда укладывается стальной канат, предназначенный для сборки и спуска гирлянды пороховых зарядов в скважину. С целью предохранения от ударов и трения об обсадную колонну заряды в нижней части снабжены поддоном, в верхней – обоймой. Нижняя обойма служит для установки нижнего порохового заряда.

При подаче электрического напряжения спираль накаливания воспламеняет пороховой заряд по поверхности касания спирали. Горение порохового заряда происходит сначала по торцу, затем, по мере вытеснения образующимися газами  жидкости, по боковой поверхности заряда.

Аккумулятор АДС-6 собирают у устья скважины. на стальной канат надевают нижнюю обойму, втулки и верхнюю обойму; петли стального каната соединяют с кабелем.  Подвесной блок устанавливают так, чтобы поддон находился на уровне флянца обсадной колонны. В поддоне закрепляют нижнюю обойму и устанавливают воспламеняющий заряд АДС-6В, предварительно присоединяютконцы электропроводов к спирали и пропускают через канал порохового заряда. Стальной канат укладывают в пазы, сверху надевают втулку и сборку опускают в скважину так, чтобы верхний конец порохового заряда находился выше флянца обсадной колонны на 50 – 100 мм. Так же устанавливают необходимое число сгорающих зарядов АДС-6С, последним помещают воспламеняющий заряд АДС-6В, закрепляют верхнюю обойму и крышку. Спирали воспламеняющих зарядов соединяют последовательно.

Аккумулятор АДС-5 собирают в аналогичном порядке, но нижний воспламенитель не устанавливают.

Области и методика использования генераторов

и аккумуляторов давления

Давление, создаваемое в скважине, при использовании генераторов и аккумуляторов давления зависит от общей масс пороховых зарядов, их характеристики, диаметра обсадной колонны, температуры в интервале работ, характеристик пласта и др. Общую длину пороховых зарядов ПГД БК, позволяющих создать гидростатическое давление равному или превышающего горное выбирают по специальному графику. Общую массу m пороховых зарядов АДС-6 выбирают по номограмме в зависимости от пластового давления, проницаемости пород и плотности нефти.

Генераторы давления следует применять  главным образом в случаях: пласты сложены известняками, доломитами или песчаниками, поверхность фильтрации в прискважинной зоне засорена в процессе бурения, освоения или эксплуатации скважины. Скважина обладает низкой продуктивностью из-за неравномерности изменения проницаемости пласта по площади и расположена вблизи скважины с высокой продуктивностью, скважину переводят из эксплуатационной в нагнетательную. Перед использованием генератора выбирают участок пласта мощностью 2-3 м с наибольшей проницаемостью и дополнительно вскрывают его корпусными перфораторами до плотности перфорирования 40-40 отв./м. ПГД.БК устанавливают  на 3-5 м выше перфорации. Скважина должна быть очищена и залита водой, обработанной поверхностно активными веществами (ПАВ), нефтью или раствором хлористого калция. В намеченный интервал целесообразно закачивать легкие нефтепродукты.

АДС следует использовать преимущественно для ТГХВ на прискважинную зону пласта, т.к. время заряда больше, чем у генераторов давления, а создаваемое давление меньше полного горного. АДС располагается против всего пласта, не превышая максимально допустимой общей массы пороховых зарядов.

Заряд для гидроразрыва пласта ЗГРП 01-1 является импульсным и предназначен для гидроразрыва нефтяного пласта путём импульсного воздействия на нефтяной пласт скважинной жидкости и пороховых газов с высокой температурой и давлением, возникающих при горении заряда.

Конструкция заряда. ЗГРП 01-1 состоит из секций заряда, изготовленного из твердого ракетного топлива, узла воспламенения и оснастки, предназначенной для сборки заряда и его спуска в зону обработки.

Заряд представляет собой цилиндр диаметром 68 мм и максимальной длинной 6435 мм. Он собирается из девяти или меньшего количества секций (в зависимости от состояния скважины. величины термодинамического воздействия на пласт). Центральный канал заряда выполнен в виде семилучевой звезды, предназначенного для передачи горения и пропуска электропроводов сборочной штанги и запала (воспламенителя), установленного внизу заряда.

Узел воспламенения представляет собой резиновое кольцо, на боковую поверхность которого навита нихромовая спираль, общее сопротивление которой составляет 8+- м. Нихромовая спираль своими концами соединена с двумя многожильными проводами, предназначенными для подвода электрического тока.

Оснастка представляет собой составленную из нескольких элементов штангу максимальной длиной 9935 мм при сборке 9-ти секций, диаметром 18 мм, на которую собирается заряд. Секции штанг стыкуются между собой резьбовыми соединениями. Конечные секции штанги имеют длинные резьбы для крепления дедалей, предназначенных для стягивания заряда. Для стыковки заряда с геофизическим кабелем имеется стыковочный узел. Все детали оснастки, кроме пружин, предназначены для многократного использования после контроля на соответствие требованиям конструкторской документации. В качестве источника тока  используется наземный пульт УИП-10. Заряд спускается в скважину на одножильном геофизическом кабеле КГ-1-30-90.

Время горения заряда 1,5 С, создаваемое давление в интервале обработки от5 до 50 МПа, температура горения заряда 2400 – 2600 0 С, теплота горения 900 Ккал/кг.

После сборки заряда, которая осуществляется непосредственно на скважине перет спуском, производят его соединение с геофизическим кабелем через специальную косу, длиной 4 – 5 м, заправленную в резиновый или фторопластовый шланг.

При спуске заряда в скважину остановить его движение на уроне, когда оголенный конец провода питания узла воспламенения окажется над устьем скважины. и соединить его с проводом питания геофизического кабеля методом скрутки и заизолировать.

По достижении глубины 50 м проверить целостность цепи. Затем производится спуск до нужного интервала со скоростью не более 3600 м/час. Перед подачей тока проверить наличие цепи, определить сопротивление линии и подать напряжение, обеспечивающее ток 2,5 5 А. Задержка воспламенения составляет до 25 с. Воспламенение и последующее горение ЗГРП –1-1 отмечается изменением тока, наблюдаемым по амперметру, звуковыми эффектами из скважины, дрожанием геофизического кабеля.

Спустя 5 минут после окончания горения заряда дается команда на подъём оснастки.

В зависимости от потребности совместно с зарядом для контроля температуры  и создаваемого давления опускается соответствующая автономная аппаратура, записывающая данные параметры. Может быть применена одновременно (или последующим спуском)  имплозийная обработка скважины и пласта.

Взрывные пакеры

Взрывные пакеры устанавливают в скважинах, закрепленных обсадными трубами, для разобщения пластов в разведочной скважине при их поочередном испытании снизу вверх (ВП, ВПШ, ПВЦ, ПВР48), изоляции интервала или части его в эксплуатационной и нагнетательной скважинах (КВП), закачки в скважину цементного раствора под давлением (ПВЦ), создания искусственного забоя в скважине, например, с целью установки отклонителя при забуривании второго ствола, сжатия манжеты пластоиспытателя и др.

Взрывные пакеры ВП,КВП имеют корпус, изготовленный из алюминиевого сплава, который деформируется (раздувается) под действием пороховых газов в установленном интервале до прочного сцепления со стенками обсадной трубы. Пакеры снабжены узлом автоматического отцепления кабеля с кабельной головкой, грузом и переходником, которые извлекают на поверхность и используют многократно. Оставшиеся в скважине детали и узля пакеров при необходимости разбуривают. В качестве заряда используют порох, массу которого выбирают по специальным графикам в зависимости от внутреннего диаметра обсадной трубы скважины и гидростатического давления в интервале установки. Воспламенение заряда осуществляется электровоспламенителем ТЭЗ-ЗП или ЭВПТ.

Взрывные пакеры ВПШ и ПВЦ состоят из пакерующей части и камеры, с помощью которой производят установку пакерующей части. Пакерующую часть удерживают в обсадной трубе чугунными плашками, а герметизации достигают путем расширения резиновой манжеты. Для соединения пакерующей части с камерой служит соединительная резьбовая шпилька, изготовленная из алюминиевого сплава, имеющая проточку диаметром на определённое усилие разрыва. Во взрывных пакерах ВПШ и ПВЦ всех типоразмеров используют единый заряд ЗВПШ.

Взрывной пакер типа ВП

ВП состоит из корпуса, пробки с уплотнительными резиновыми кольцами и снаружной и внутренней частями электропровода, накидной гайки и переходника. Соединение последнего с корпусом осуществлено с помощью двух стальных шариков. В корпусе размещен заряд пороха. Электровоспламенитель  присоединён к к внутренней части электропровода и к корпусу пробки. К наружной части провода герметично подключен провод от токопроводящей жилы кабеля. К кабельной головке присоединен, в качестве груза,  корпус перфоратора ПК85 или ПК105 (не заряженный и не загерметизированный). Спуск пакера осуществляют на одножильном кабеле.

После спуска на заданную глубину по кабелю подают импульс электрического тока, от которого срабатывает пакер. Давлением образовавшихся пороховых газов корпус пакера необратимо деформируется до прочного сцепления со стенкой обсадной трубы. Одновременно происходит перемещение пробки до упора в торец накидной гайки, обеспечивающее выход из сочленения стальными шариками корпуса и переходника.

При сборке пакера типа ВП проверяют: а) наличие электрической цепи между наружной и внутренней  частями электропровода и отсутствием её между электровводом и корпусом пробки; б) прочность посадки внутренней части электроввода в корпусе пробки (во избежание прорыва пороховых газов обязательно дополнительное подтягивание); в) работоспособность узла соединения  взрывного пакера с переходником с помощью шариков.

Компоновка ВП с цементной желонкой позволяет за один спуск в скважину создать разобщение в виде металлической пробки с цементным мостом. Для принудительного вытеснения цементного раствора желонка может быть снабжена поршнем, который расположен в её верхней части над цементным раствором и соединён тросом с взрывным пакером. При подъеме желонки цементный раствор вытесняется поршнем. Это особенно благоприятно для скважин, заполненных промывочной жидкостью повышенной плотности, где самоизлив раствора из желонки затруднен.

Шлипсовый взрывной пакер типа ВПШ

Пакер состоит из пакерующей части и камеры, соединённых резьбовой шпилькой. Пакерующая часть включает шток с насаженной на него резиновой манжетой, конусами, плашками и стопорными элементами. Камера состоит из корпуса, подвижной гильзы, наконечника и пробки с уплотнительными кольцами и электровводом. К внутренней части электроввода подсоединен заряд ЗВПШ.

При воспламенении заряда давлением пороховых газов гильза перемещается относительно корпуса, осаживая плашки на штоке пакирующей части до упора в обсадную трубу и сжимая резиновую манжету. Плашки удерживают пакер в скважине, а расширенная манжета обеспечивает герметичность. После посадки пакирующей части в обсадной трубе, давление пороховых газов, увеличивающееся за счет продолжения горения заряда, обеспечивает разрыв соединительной шпильки.

ТОРПЕДИРОВАНИЕ СКВАЖИН

ЗАДАЧИ

Торпедирование (взрывные работы) основано на использовании энергии взрыва заряда ВВ, находящегося в ограниченном пространстве, заполненном жидкостью.

Его проводят при бурении и эксплуатации скважин для::

а) освобождения находящихся в аварии прихваченных трубных колонн (бурильных, насосно-компрессорных, обсадных) «встряхиванием, ослаблением резьбовых соединений при развинчивании, а также обрывом и перерезанием;

б) профилактики прихватов бурильного инструмента при разрушении желобов;

в) разрушение металлических предметов, оставленных в скважине или упавших в неё (долот, переводников и др.), мешающих продолжению бурения;

г) вскрытие пласта в крепленных трубами скважинах созданием трещин в трубах, цементном камне и породе;

д) очистки фильтров в нефтяных и водозаборных скважинах для увеличения их производительности;

е) увеличения проницаемости прискважинной зоны продуктивного пласта;

ж) удаление остатков цемента со стенок обсадных труб;

з) заклинивание вала турбобура для освобождения его от прихвата.

Действие взрыва в скважине

Ударные волны, при взрыве заряда в жидкости, заполняющей скважину, распространяются на большие расстояния от места взрыва. В трубах, представляющих из себя волновод, интенсивность ударных волн снижается медленно. В не обсаженных скважинах волны затухают быстрее. Это необходимо учитывать при расчете мощности взрыва, которую можно допустить в скважине, исходя из прочности её элементов, расположенных на некотором расстоянии от места взрыва.

Ударная волна в грунте вызывает в породе напряжения сжатия, растяжения и сдвига, значительно превышающие допустимые, вследствие чего возникают необратимые разрушения и уплотнения. В результате взрыва торпеды в скважине, в породе образуются три зоны: зоны вытеснения (каверна), зона разрушения (раздавливания) и зона сотрясения (разрыва). Размеры основных зон зависят от величины и формы заряда, свойств ВВ и породы. Они пропорциональны корню кубическому из массы заряда ВВ (в тротиловом эквиваленте). Действие взрыва на обсадные или бурильные трубы характеризуется отношением диаметра заряда к диаметру трубы dз/dтр . Степень деформации трубы зависит от её прочности и свойств окружающей среды. Плотно прилегающее к трубе цементное кольцо или порода упрочняют трубу. При взрыве заряда в трубе в случае если между трубой и стенками скважины находится жидкость, ударная волна, отраженная от стенок скважины, препятствует обрыву трубы тем больше, чем ближе расположена труба к стенкам скважины. С увеличением отношения dтр/dс  необходимо увеличивать диаметр заряда для обрыва трубы. На величину заряда, необходимого для обрыва трубы, мало влияют толщина стенки трубы (исключая УБТ), плотность и вязкость промывочной жидкости и, наоборот, существенно влияют гидростатическое давление, расстояние между трубой и стенками скважины.

Аппаратура, её классификация.

По характеру действия торпеды разделяют на фугасные и кумулятивные.

Фугасные торпеды Типа ТШТ и ТШ84 имеют негерметичный тонкостенный алюминиевый корпус, в котором размещены заряды из цилиндрических шашек ВВ, контактирующих с промывочной жидкостью, и герметичный взрывной патрон (ПВГУ-4, ПВГУ-5, прижимаемые к зарядам пружиной. Сверху над торпедой устанавливается извлекаемый груз.

Шнуровые торпеды ТДШ состоят из головки и груза, соединенных между собой тросом, к которому прикреплен заряд, представляющий собой один или несколько отрезков детонирующего шнура ДШВ, ДШУ, ДШТТ. Взрыв ДШ возбуждают электродетонатором, помещенном в герметичной полости головки, а чаще универсальным взрывпатроном ПВГУ. Все фугасные торпеды спускают в скважину на кабеле.

Кумулятивные торпеды отличаются от фугасных направленностью действия взрыва при значительно меньшем фугасном эффекте. В зависимости от направленности действия кумулятивной струи различают осевые (ТКО) и кольцевые труборезы (ТРК).

Требования к торпедам и зарядам

Следует применять торпеды только заводского изготовления. Использование торпед собственного изготовления не допускается.

При применении торпед необходимо учитывать зависимость термобаростойкости зарядов и условия возбуждения детонации от условий в скважине, вида ВВ, конструкции и размеров торпеды согласно инструкциям по эксплуатации.

При сборке торпед (негерметичных) необходимо для повышения надёжности срабатывания заряда проверять с особой внимательностью контакт между нижним концом взрывпатрона с зарядом.

ЛИКВИДАЦИЯ АВАРИЙ

Основной областью использования скважинных торпед является ликвидация аварий в бурении, наиболее распространенные из которых связаны с прихватом бурового инструмента. Когда прихват не удается устранить средствами и способами, обычно применяемыми в практике бурения, прибегают к следующим методам, основанным на использовании взрыва: освобождение бурового инструмента «встряхиванием», отвинчиванием бурильной колонны и обрыву труб. При этом важно не упустить время – всякое промедление усугубляет аварийную ситуацию и заирудняют работы по ликвидации аварии.

Освобождение бурового инструмента встряхиванием основано на эффекте отбрасывания от стенок труб или долота материала, который вызвал прихват, ударной волной, образующейся при взрыве шнуровой торпеды ТДШ, перекрывающей всю зону прихвата. К этому методу прибегают в первую очередь, поскольку при благоприятных условиях удается ликвидировать прихват и поднять без повреждения буровой инструмент, сохранив полностью ствол скважины. Для достижения успеха необходимо по возможности точно установить границу прихвата, до спуска торпеды провести расхаживание колонны с промывкой скважины, а перед подрывом торпеды, установленной в интервале прихвата, дать буровому инструменту максимально допустимый натяг. В случае неудачных попыток освободить буровой инструмент встряхиванием приступают к ликвидации прихвата путем отвинчивания колонны.

Отвинчивание труб с использованием взрыва основано на кратковременном ослаблении резьбового соединения при взрыве внутри него заряда ВВ небольшой мощности, например шнуровых торпед ТДШ или малогабаритных торпед ТШТ.

1. Гренада
2.  Прочитать текст и ответить на вопросы сделать выписки 1
3. тема основных понятий юриспруденции.html
4.  литературная критика 2
5. . ПРЕДМЕТ ВОЗРАСТНОЙ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ПСИХОЛОГИИ Отличие возрастной и дифференциальной психологии от др.
6. тематика кл. руководитель Внеклассные мероприятия Ветренко О
7. Введение.3
8. При помощи кисти человек выполняет трудовые процессы и все действия которые связаны с обслуживанием в быту
9. Воздействие рекламы на телевидении на сознание потребителей
10. Рияд С именем Аллаха Милостивого Милосердного Вступление Хвала Аллаху
11. з курсу ldquo;Теоретична електротехнікаrdquo; для студентів напрямів підготовки 0906 ldquo;Електротехнікаrdquo;0914 ld
12. правовое значение объекта преступления; ] виды объектов преступления общий родовой видовой непосредств
13. перше це піднесення національновизвольного революційного руху на початку XX ст
14. ~о~ам ж~не ~леумет ~~ымдарыны~ м~ні
15. це частина мови яка означає дію або стан предмета і відповідає на питання що робити що зробити що робиться.html
16. Учет затрат по оплате кредитов банка в программе 1С Предприятие
17. узбек с 14 в. и казах
18. на тему ТЕХНИКО ~ ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО УЧАСТКА БЛЕСТЯЩЕГО НИКЕЛИРОВАНИЯ Студе
19. Особенности медико-биологического сопровождения тренировочного процесса спортсменов с признаками соединительнотканной дисплази
20. Теория и методика преподавания изобразительного искусства ОПД

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе