Файл: Беляев Б.М. Торпедирование скважин большими зарядами взрывчатого вещества.pdf

3. Действие взрыва на горную породу и обсадные трубы

Взрыв заряда ВВ в скважине, обсаженной трубами и запол­

ненной жидкостью, вызывает разрушение труб и окружающей породы. Если взрыв производится в необсаженной части скважины,

то и в этом случае трубы могут деформироваться на значительном

удалении от места взрыва.

Разрушение горной породы при взрыве вызывается огромным

давлением, развивающимся на фронте ударной волны, и давлением

расширяющихся продуктов взрыва, которое достигает нескольких

десятков тысяч атмосфер. Возникающие в породе при действии этих давлений сжимающие, растягивающие и сдвигающие напря­ жения по своей величине значительно превышают допустимые для этих пород напряжения на сжатие и растяжение. В результате кратковременного приложения этих напряжений в окружающей по­ роде образуются три зоны:

1)зона сплошного разрушения, характеризующаяся дроблением

исжатием породы;

2)зона растрескивания, вызываемая растяжением и сдвигом породы;

3)зона распространения упругих колебаний, не вызывающих остаточных деформаций в породе.

Взоне сплошного разрушения порода либо сильно уплотняет­

ся (мергели, глины), либо (при большой ее прочности) дробится. Размеры этой зоны в прочных породах йевелики, так как первона­

чальный спад давления при взрыве происходит довольно быстро и зависит от параметров ударной волны (максимальное давление,

время действия и суммарный импульс) и свойств горной породы. Параметры ударной волны в свою очередь определяются величи­ ной и формой заряда и свойствами ВВ.

Перемещение породы в радиальном направлении (сжатие) под действием ударной волны и расширяющихся газов вызывает воз­ никновение растягивающих усилий. Тем, что допустимые напря­ жения на растяжение для породы обычно в 10—20 раз меньше до­

пустимых напряжений на сжатие, объясняется образование ра­ диальных трещин, радиус которых значительно больше радиуса

зоны сплошного разрушения.

При взрыве возможно образование и концентрических трещин, возникновение которых в основном связано с действием волны рас­ тяжения, возникающей при отражении прямой ударной волны.

Границами отражения волн в породе могут быть трещины, ка­ верны, напластования породы иной плотности.

На образование концентрических трещин влияет и то, что на небольшом расстоянии от центра взрыва происходит отрыв фронта ударной волны от расширяющихся газов, скорость движения ко­

торых в первый момент равна скорости движения ударной волны.

Это приводит к образованию волны растяжения, действие которой

направлено к центру взрыва.

9

Распространение трещин по породе в зоне растрескивания происходит более или менее равномерно, однако в зависимости от свойств пород конфигурация этой зоны может быть самой разно­

образной.

Действие взрыва заряда на обсадные трубы необходимо рас­

сматривать в двух направлениях:

1)действие взрыва на трубы, находящиеся в зоне взрыва;

2)действие взрыва на трубы, находящиеся вне зоны взрыва.

При взрыве заряда, расположенного по оси трубы, зацементи­

рованной в горной породе и заполненной жидкостью, возникает кратковременное повышение давления, которое вызывает деформа­ цию труб.

Степень деформации трубы в этом случае, как показал опыт, зависит не только от количества энергии взрыва заряда, прихо­ дящегося на единицу поверхности трубы; более наглядно дефор­ мация характеризуется отношением диаметров заряда и трубы

'4а р.

^тр.

Степень деформации трубы существенно зависит и от свойств окружающей ее среды.

Экспериментальные работы по изучению степени деформации труб при взрыве показали, что при величине отношения диаметра заряда к диаметру трубы, большей 0,4, в трубе, зацементирован­ ной в прочной породе, возникают не только большие трещины, но и разрушения.

Таким, образом, отношение тт—— > 0,4 является граничным

^скв.

условием торпедирования скважин, обсаженных трубами, когда торпедирование не производится с целью обрыва или разру­ шения труб.

При торпедировании скважин большими зарядами с целыб об­ разования глубоких трещин в породе предусматривается создание максимальной концентрации ВВ на метр пласта, что достигается

<^зар.

наибольшим значением . В этом случае, очевидно, что взрыв

такого заряда приведет к полному разрушению трубы в зоне взры­ ва. Очистка интервала взрыва в случае, когда обсадные трубы

(фильтр) полностью разрушены, обычно невозможна, и поэтому торпедирование большими зарядами, как правило, производится

в интервалах, не обсаженных трубами.

Как указывалось выше, ударная волна взрыва не только про­ изводит разрушение породы и труб в зоне взрыва, но, распростра­

няясь по жидкости, заполняющей скважину, может вызвать раз­

рушение труб и на значительном удалении от зоны взрыва.

Распространение ударной волны по жидкости, заполняющей обсадные трубы, происходит, как в волноводе, — с малым коэффи­ циентом затухания. Поэтому, встречая слабое место в колонне (ослабленное резьбовое соединение, отсутствие цемента за колон-

10

ной и т. п.) или усиливаясь на границах отражения (жидкость —

вода и т. и.), ударная волна может вызвать серьезное разрушение

обсадных труб.

Разрушающее действие ударной волны при этом определяется не максимальным давлением, а величиной импульса, которая за­ висит от величины заряда. Таким образом, чем больше применяе­

мый заряд, тем больше вероятность повреждения труб. Это приво­ дит к необходимости при взрывании в скважинах больших заря­ дов применять специальные меры по защите труб.

4. Свойства горных пород, образование каверн и трещин при взрыве

Эффект торпедирования в большой степени зависит от выбора

заряда ВВ при учете физико-механических свойств породы.

Породами, слагающими продуктивные пласты нефтяных и га­ зовых месторождений, являются пески, песчаники, известняки, до­ ломиты, сланцы, а также целый ряд промежуточных пород. Изве­ стно, что физико-механические свойства этих пород различны, и поэтому каждая порода по-разному воспринимает воздействие взрывной нагрузки. Различное восприятие действия взрыва неред­ ко наблюдается и у пород одного и того же типа. Это объясняется тем, что свойства горной породы меняются в довольно широких пределах.

Прямую зависимость между деформацией горной породы и ее свойствами точно установить трудно. Некоторое представление о такой зависимости можно получить из характеристик породы (по­

ристость, объемный вес, минералогическая плотность).

Прочность пород, т. е. их сопротивление механическому разру­ шению, зависит от плотности, нефтеили водонасыщенности, зер­ нистости и однородности. Горные породы, как правило, обладают высокой прочностью на сжатие. Так, прочность на сжатие состав­ ляет для песчаников 200—5000 кГ!см2, а для известняков — 50—

2600 кПсм2.

К сожалению, значения прочности, определенные при статиче­ ском приложении нагрузки, не могут полностью характеризовать

11

12