Обґрунтування раціональних параметрів малогабаритних кумулятивних зарядів для свердловинних перфораторів

Успішно випробувано в полігонній (стендовій) свердловині кумулятивний розсувний перфоратор із двосторонньою дією на пласт. Його використання дозволить підвищити ефективність вторинного розкриття продуктивних пластів завдяки їхньому раціональному розміщенню у свердловині - КЗ притискаються до стінок обсадної колони в інтервалі перфорації.

Розроблено конструкції малогабаритних перфораторів ПКМ-38 (споряджаються КЗ ЗКМ-38) та ПКМ-54 (споряджаються КЗ ЗКМ-У-54) зі стрічкою, що вилучається. Ці конструкції пройшли контрольні (стендові) випробування, а також свердловинні випробування у виробничих умовах.

За позитивними загалом результатами свердловинних випробувань КЗ ЗКМ-38 та ЗКМ-У-54 були рекомендовані до постійного застосування у виробничих умовах за умови доопрацювання і вдосконалення вузла кріплення детонувального шнура до корпусу КЗ при свердловинних випробуваннях перфораторів.

Під час проведення свердловинних випробувань конструкцію перфораторів типу ПКМ було вдосконалено. Це дало змогу підвищити надійність і забезпечити безаварійність їхньої роботи (відсутність відмов, прихватів) при застосуванні різних технологій свердловинних ПВР.

Було вдосконалено серійний малогабаритний перфоратор ПБ2-42Н - у його конструкції застосовано нові запатентовані конструктивні елементи (центратори).

Підтверджено під час свердловинних випробувань достатньо високу ефективність розкриття продуктивних пластів розробленими малогабаритними КЗ ЗКМ-38 та ЗКМ-У-54, якими споряджалися кумулятивні свердловинні перфоратори, відповідно, ПКМ-38 та ПКМ-54.

При цьому було отримано промислові припливи флюїдів, успішно застосовано інші технології свердловинних ПВР: перфорацію для скидання води, забезпечено виконання робіт з ізоляції пласта (для ліквідації заколонних перетікань), а також перфорацію бурильних труб, ОБТ.

Економічний ефект, отриманий ЕГДС ДГП “Укргеофізика” та ЗАТ “Укрпромгеофізика” від використання на нафтогазових родовищах України КЗ ЗКМ-38, ЗКМ-У-54 та свердловинних перфораторів типу ПКМ, а також КЗ типу ЗГ2-42, становить 1170 тис. грн. Успішне промислове використання цих упроваджених малогабаритних КЗ, а також споряджених ними свердловинних малогабаритних кумулятивних перфораторів продовжується.

Висновки

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій розв'язано актуальне наукове завдання прикладного значення, яке полягає в обґрунтуванні раціональних параметрів конструкцій малогабаритних КЗ для свердловинних перфораторів - визначено закономірності впливу фізичних властивостей порошкового матеріалу та фізико-механічних властивостей спресованого з нього матеріалу КО на процес кумулятивного пробиття, що дає змогу забезпечити ефективне кумулятивне пробиття з утворенням перфораційних отворів необхідної геометричної конфігурації без зміни інших параметрів конструкції КЗ.

Основні наукові та практичні результати, отримані в дисертації, полягають у наступному:

1. Забезпечення ефективного кумулятивного пробиття малогабаритними КЗ для свердловинних перфораторів обсадних колон і порід-колекторів, бурильних труб та ОБТ з метою створення перфораційних отворів необхідної геометричної конфігурації потрібно пов'язувати з пошуком раціональних параметрів конструктивних елементів КЗ, насамперед КО, виготовлених з порошкових матеріалів.

2. Визначено розміри (140...160 мкм) і форму зерен (сферична або сфероїдна) порошкового матеріалу, при яких глибина пробиття перфораційного отвору є найбільшою.

3. Встановлено, що на геометричні параметри утворюваного перфораційного отвору впливає не лише щільність спресованого порошкового матеріалу КО, згідно з гідродинамічною теорією кумуляції, але і його акустична жорсткість. Визначено залежності параметрів перфораційного отвору від питомої акустичної жорсткості матеріалу КО, спресованого з порошків алюмінію, міді та їхніх сумішей при інших однакових умовах.

4. Аналітично отримано залежності швидкості головної частини КС від пористості матеріалу вершини мідного КО в діапазоні кутів розкриття КО 30…90° у процесі його вибухового обтиснення продуктами детонації спресованого гексогену зі швидкістю детонації 8,1 км/с.

5. Визначено значення пористості матеріалу вершини мідного КО (1,6…1,8) у процесі його вибухового обтиснення продуктами детонації спресованого гексогену зі швидкістю детонації 8,1 км/с, при яких забезпечується формування високощільного КС із найбільшою швидкістю головної частини. Експериментально визначено, що пористість матеріалу вершини конічного КО, виготовленого за технологією одностороннього “холодного” пресування, менша за інтегральну пористість матеріалу КО.

6. Доведено можливість використання інженерного методу Л. П. Орленка, розробленого для розрахунку параметрів функціонування КЗ з суцільними КО, для розрахунку швидкості головної частини КС, сформованих з порошкових КО.

7. Встановлено, що у разі використання порошкового корпусу КЗ, порівняно з суцільним, ефективність кумулятивного пробиття зменшується (за площею бічної поверхні перфораційного отвору - майже вдвічі, за глибиною і вхідним діаметром - на чверть), а при виготовленні КЗ за технологією “подвійного” пресування, порівняно з технологією “прямого” пресування, - збільшується незначно (за глибиною та площею бічної поверхні перфораційного отвору - відповідно на 5 та 7 %).

8. Розроблено нові склади композитного матеріалу порошкових КО на основі порошків “важких” металів, використання яких у конструкціях КЗ забезпечує найбільшу глибину пробиття або найбільшу площу бічної поверхні перфораційного отвору.

9. Розроблено методичні рекомендації з проектування та виготовлення конструкцій малогабаритних КЗ для свердловинних перфораторів, які було впроваджено в НІЦ “МВ” ІЕЗ ім. Є. О. Патона НАНУ.

10. Розроблено та впроваджено ефективні малогабаритні КЗ ЗКМ-38, ЗКМ-У-54 різного функціонального призначення, свердловинні кумулятивні малогабаритні перфоратори ПКМ-38 та ПКМ-54, які споряджаються розробленими КЗ, удосконалено серійний малогабаритний перфоратор ПБ2-42Н та КЗ до нього ЗГ2-42-150/100. Успішно випробувано розсувний перфоратор із двосторонньою дією на пласт, який споряджається малогабаритними КЗ ЗКМ-38.

11. Визначено економічний ефект, отриманий ЕГДС ДГП “Укргеофізика” та ЗАТ “Укрпромгеофізика” від використання на нафтогазових родовищах України розроблених і впроваджених малогабаритних КЗ, а також споряджених ними кумулятивних свердловинних перфораторів, який становить 1170 тис. грн. Їхнє успішне промислове використання продовжується.

Основні публікації за темою дисертації

1. Драчук О. Г. Вторинне розкриття пластів як метод контролю та оцінки перспективності об'єкта / О. Г. Драчук, Ю. І. Войтенко // Геоінформатика. - 2007. - № 4. - С. 48-52.

2. Гошовський С. В. Сучасні кумулятивні заряди та результати їх досліджень / С. В. Гошовський, Ю. І. Войтенко, О. Г. Драчук, В. П. Бугаєць // Збірник наукових праць УкрДГРІ. - № 3, 2008 р. - С. 151-158.

3. Драчук О. Г. Про вимірювання швидкості головної частини кумулятивного струменя / О. Г. Драчук, Ю. І. Войтенко Ю.І. // Збірник наукових праць УкрДГРІ. - 2009. - № 1-2. - С. 111-113 .

4. Войтенко Ю. І. Вплив характеристик фракцій матеріалу порошкового облицювання на ефективність кумулятивного заряду / Ю. І. Войтенко, О. Г. Драчук, В. П. Бугаєць, М. І. Боримчук // Збірник наукових праць УкрДГРІ. - 2006. - № 2. - С. 92-97.

5. Гошовський С. В. Результати розробки і впровадження вітчизняних малогабаритних перфораторних зарядів та систем / С. В. Гошовський, О. Г. Драчук, Ю. І. Войтенко, В. П. Бугаєць, М. І. Боримчук // Збірник наукових праць УкрДГРІ. - 2008. - № 4. - С. 116-127.

6. Драчук О. Г. Дослідження кумулятивного пробиття мішеней малогабаритними кумулятивними зарядами з порошковими облицюваннями для свердловинних перфораторів / О. Г. Драчук // Збірник наукових праць УкрДГРІ. - 2010. - № 1-2. - С. 131-139.

7. Гошовський С. В. Про застосування конверсійних вибухових речовин у технологіях прострілювально-вибухових робіт / С. В. Гошовський, Ю. І. Войтенко, В. Д. Кукшин, О. Г. Драчук // Вісник КДПУім. М. Остроградського. - 2008. - Вип. 1/2008 (48). - С. 85-88.

8. Пат. 10649 Україна, МПК Е 21 B 43/117. Кумулятивний заряд перфоратора / Войтенко Ю. І., Гошовський С. В., Бугаєць В. П., Боримчук М. І., Драчук О. Г.; заявник і патентовласник Український державний геологорозвідувальний інститут. - № 200505197; заявл. 31.05.05 ; опубл. 15.11.05, Бюл. № 11.

9. Пат. 6379 Україна, МПК Е 21 B 43/117. Речовина облицювання кумулятивного заряду / Войтенко Ю. І., Гошовський С. В., Волгін Л. О., Боримчук М. І., Бугаєць В. П., Драчук О. Г.; заявник і патентовласник Український державний геологорозвідувальний інститут. - № 20040705345; заявл. 05.07.04 ; опубл. 16.05.05, Бюл. № 5.

10. Пат. 13604 Україна, МПК Е 21 B 43/117. Кумулятивний розсувний перфоратор / Войтенко Ю. І., Гошовський С. В., Драчук О. Г.; заявник і патентовласник Український державний геологорозвідувальний інститут. - № 200508761; заявл. 14.09.05; опубл. 17.04.06, Бюл. № 4.

11. Пат. 24434 Україна, МПК Е 21 B 43/117. Кумулятивний свердловинний перфоратор / Ковтун Ф. І., Драчук О. Г., Гошовський С. В., Волгін Л. О., Глагола Д. Д., Денисенко М. Г., Войтенко Ю. І.; заявник і патентовласник Український державний геологорозвідувальний інститут. - № 200703258; заявл. 27.03.07; опубл. 25.06.07, Бюл. № 9.

12. Пат. 38487 Україна, МПК Е 21 B 43/117. Кумулятивний свердловинний перфоратор / Войтенко Ю. І., Гошовський С. В., Драчук О. Г.; заявник і патентовласник Український державний геологорозвідувальний інститут. - № 200810136; заявл. 06.08.08; опубл. 12.01.09, Бюл. № 1.

13. Пат. 17070 Україна, МПК Е 21 B 43/117. Кумулятивний свердловинний перфоратор / Войтенко Ю. І., Коваленко О. Д., Гошовський С. В., Драчук О. Г.; заявник і патентовласник Український державний геологорозвідувальний інститут. - № 200601902; заявл. 22.02.06 ; опубл. 15.09.06, Бюл. № 9.

14. Гошовський С. В. Дослідження впливу особливостей конструкції та геометричних параметрів на ефективність малогабаритних кумулятивних зарядів / Гошовський С. В., Драчук О. Г., Войтенко Ю. І., Боримчук М. І., Бугаєць В. П. - К.: УкрДГРІ, 2007. - 56 с. - (Препринт / Міністерство охорони навколишнього природного середовища України, Український державний геологорозвідувальний ін-т ; УкрДГРІ ; 2007).

15. Драчук О. Г. Розрахунок параметрів функціонування кумулятивних зарядів із пористим облицюванням / Драчук О. Г., Гошовський С. В., Войтенко Ю. І. - К.: УкрДГРІ, 2007. - 42 с. (Препринт / Міністерство охорони навколишнього природного середовища України, Український державний геологорозвідувальний ін.-т ; УкрДГРІ ; 2007).

16. Гошовський С. В. Застосування порошкових матеріалів у технологіях виготовлення кумулятивних зарядів / Гошовський С. В., Драчук О. Г., Войтенко Ю. І. - К.: УкрДГРІ, 2005. - 48 с. - (Препринт / Міністерство охорони навколишнього природного середовища України, Український державний геологорозвідувальний ін.-т ; УкрДГРІ ; 2005).

17. Войтенко Ю. І. Причини ускладнень при використанні перфораторних систем і безпека прострілювально-вибухових робіт у свердловинах / Ю. І. Войтенко, О. Г. Драчук, Д. Д. Глагола // Нафта і газ України : матеріали 8-ї Міжнародної науково-практичної конференції “Нафта і газ України - 2004” (Судак, 29 вересня - 1 жовтня 2004 р.). - К.: УНГА, 2004. - С. 387-388.

Анотація

Драчук О. Г. Обґрунтування раціональних параметрів малогабаритних кумулятивних зарядів для свердловинних перфораторів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.12 - машини нафтової та газової промисловості. Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2010.

У дисертації обґрунтовано раціональні параметри малогабаритних кумулятивних зарядів (КЗ) для свердловинних перфораторів, при яких забезпечується ефективне кумулятивне пробиття з утворенням перфораційних отворів необхідної геометричної конфігурації без зміни інших параметрів конструкції КЗ.

Визначено закономірності впливу розмірів і форми зерен порошкового матеріалу, а також пористості й акустичної жорсткості матеріалу спресованого з ньогоза технологією одностороннього “холодного” пресування кумулятивного облицювання (КО), технологій виготовлення на ефективність кумулятивного пробиття. Доведено можливість застосування інженерного методу Л. П. Орленка для розрахунку швидкості головної частини кумулятивних струменів, сформованих із порошкових КО.

Розроблено і впроваджено методичні рекомендації з проектування та виготовлення конструкцій малогабаритних КЗ для свердловинних перфораторів. Розроблено, вдосконалено та впроваджено у виробництво малогабаритні КЗ, а також споряджені ними свердловинні кумулятивні перфоратори.

Ключові слова: малогабаритний кумулятивний заряд, свердловинний перфоратор, порошкові матеріали, кумулятивне облицювання, пористість, кумулятивний струмінь, мішень, кумулятивна перфорація, прострілювально-вибухові роботи.

Аннотация

Драчук А. Г. Обоснование рациональных параметров малогабаритных кумулятивных зарядов для скважинных перфораторов. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.12 - машины нефтяной и газовой промышленности. Национальный горный университет, Днепропетровск, 2010.

В диссертации обоснованы рациональные параметры малогабаритных кумулятивных зарядов (КЗ) для скважинных перфораторов путем определения закономерностей влияния физических свойств (размеров и формы зерен) порошкового материала и физико-механических свойств (пористости, акустической жесткости) материала спрессованой из него кумулятивной облицовки (КО), при которых обеспечивается эффективное кумулятивное пробитие с формированием перфорационных отверстий необходимой геометрической конфигурации без изменения других параметров конструкции КЗ.

Установлены размеры и форма зерен порошкового материала, из которого изготавливается КО, в том числе из новых композитов на основе порошков “тяжелых” металлов, при которых обеспечивается наибольшая глубина пробития перфорационного отверстия.

Определена зависимость геометрических параметров перфорационного отверстия от удельной акустической жесткости материала КО.

Найдены функции зависимости скорости головной части КС от пористости материала вершины медного КО в зависимости от угла раскрытия КО, а также определена пористость материала медного КО при ее взрывном обжатии продуктами детонации спрессованого гексогена, при которой обеспечивается наибольшая скорость головной части высокоплотной КС. Экспериментально определена пористость материала конических КО и их отдельных частей.

Экспериментально и аналитически определена скорость головной части кумулятивной струи (КС). Доказана возможность использования инженерного метода Л. П. Орленко для расчета скорости головной части КС, сформированых из порошковых КО.

Проведено сравнение эффективности кумулятивного пробития КЗ со сплошным и порошковым корпусом , а также КЗ, изготовленых по разным технологиям.

Разработаны методические рекомендации по проектированию и изготовлению конструкций малогабаритных КЗ для скважинных перфораторов, разработаны и внедрены в производство конструкции малогабаритных КЗ различного функционального назначения, снаряжаемые ими малогабаритные скважинные кумулятивные перфораторы, усовершенствован серийный малогабаритный кумулятивный перфоратор и КЗ к нему.

Ключевые слова: малогабаритный кумулятивный заряд, скважинный перфоратор, порошковые материалы, кумулятивная облицовка, пористость, кумулятивная струя, мишень, кумулятивная перфорация, прострелочно-взрывные работы.

Abstract

Drachuk O. G. Ground of rational parameters of small-sized shaped charges for downhole perforators. - Manuscript.

Thesis for a Candidate Degree by speciality 05.05.12 - machines of oil and gas industry. - National Mining University, Dnipropetrovsk, 2010.

In dissertation grounded rational parameters of small-sized shaped charges (SC) for downhole perforators with powder cumulative linear (CL), made for technologies of one-sided cold-press, at which effective cumulative strike-through is provided with formation of holes of necessary geometrical configuration without the change of other parameters of construction of SC.

Conformities to law of influence of sizes and form of grains of powder material, and also porosity and acoustic inflexibility of material pressed from it on technology of one-sided cold-press of CL, technologies of making on efficiency of cumulative strike-through. Possibility of application of engineering method of L. P. Orlenko is proved for the calculation of speed of the head parts of the cumulative jet, which formed from powder CL.

Methodical recommendations are developed from planning and making of constructions of small-sized SC for downhole perforators. Small-sized SC and also downhole cumulative perforators, which equipped by them are developed, improved and applied in industry.

Key words: small-sized shaped charge, downhole perforator, powder materials, cumulative linear, porosity, cumulative jet, target, cumulative perforation, explosive works.

Размещено на Allbest.ru