Один из распространенных инструментов добычи нефти – кумулятивные перфораторы. Это устройства, состоящие из средств взрывания и герметичных корпусов, внутри которых находятся кумулятивные заряды. Они расположены с определенной частотой по длине всего перфоратора. Приток нефти и газа зависит от характеристик этих зарядов.
«По окончании бурения нефтяной или газовой скважины ее стенки закрепляют обсадными трубами и цементируют. Нефтегазоносные пласты (порода, пропитанная нефтью, газом и водой) перекрываются обсадными трубами и цементным кольцом. Приток в такую скважину невозможен, пока не будет условий для сообщения продуктивного пласта со скважиной, – объясняет разработчик новой конструкции кумулятивного заряда перфоратора, студентка 6 курса специалитета факультета летательных аппаратов НГТУ НЭТИ Екатерина Гриф. – Чтобы обеспечить приток нефти и газа из пласта, в обсадной колонне и окружающем ее цементном кольце создают отверстия, обеспечивающие сообщение между пластом и скважиной: по этим каналам нефть и газ поступают в скважину. Как правило, на современном уровне развития технологий отверстия в колонне и цементном кольце создают с помощью кумулятивных зарядов. Этот процесс и есть кумулятивная перфорация».
Глобальные проблемы скважинной перфорации – малый приток полезных ископаемых, засорение перфорационных каналов песком, разрушение цементных стенок скважины из-за излишнего фугасного действия. Эти проблемы решаются повышением глубины и диаметра перфорационных каналов, а также увеличением мощностных характеристик инструментов перфорации. Наиболее эффективным и универсальным сейчас признан кумулятивный способ.
«Основная решенная проблема – малый размер площадей сечений пробитых отверстий в трубе, цементном кольце и отверстий перфорационных каналов. Именно ее решение фигурирует как технический результат запатентованного нами изобретения», – отметила Екатерина Гриф.
Взрывать более мощные заряды в скважине нельзя, так как это грозит ее полным разрушением. «Повышение мощности кумулятивного заряда – не решение проблемы. Наоборот, заряды, имеющие высокое фугасное действие, вызывают разрушение обсадной трубы и цементного кольца, что в корне нежелательно. Именно поэтому в известных конструкциях перфорационных зарядов такое малое количество взрывчатого вещества: его цель – не создать мощный взрыв, а сообщить необходимую для эффективного струеобразования энергию металлу кумулятивной облицовки», – говорит Екатерина.
В базовой технологии (кумулятивный заряд перфоратора только с конической формой облицовки) в конструкцию кумулятивного заряда перфоратора включаются облицовка с линзовым узлом, которая эффективно формируют комбинацию из кумулятивных струй, пробивающих отверстия, практически равные наружному диаметру кумулятивного заряда. Кумулятивная струя – это сформированный из металла кумулятивной облицовки высокоскоростной поток металла, который возникает после подрыва заряда и перемещается вдоль его оси.
В НГТУ НЭТИ кумулятивные заряды оборудовали комбинацией из конической и кольцевой V-образной облицованных металлом выемок: эта комбинация создаст две кумулятивные струи – центральную и кольцевую. Облицовка позволяет формировать отверстия оптимальной глубины, при этом диаметр отверстий соответствует практически диаметру самого заряда, тогда как штатные заряды позволяют формировать отверстия, в несколько раз меньшие по диаметру, чем сам заряд. Увеличенный диаметр формируемых отверстий, позволит повысить приток нефти или газа в скважину.
«У отверстий есть определенный срок службы: спустя какое-то время они забиваются. Если отверстие маленького диаметра, то логично, что оно забьется быстрее. Наша разработка позволяет делать отверстия большего диаметра, при этом благодаря дополнительным изменениям, вносимым в конструкцию облицовки, мы получаем каналы достаточно ровные и гладкие, соответственно, отверстия «зарастают» дольше. Отверстия можно прочищать. Это возможно и для кумулятивных зарядов, которыми оснащены кумулятивные перфораторы сейчас, но эффект будет коротким», – комментирует Екатерина Гриф.
Сейчас разработчики оптимизируют конструкции облицовки кумулятивного заряда и линзового узла.