Файл: Мамедов, А. А. Нарушения обсадных колонн при освоении и эксплуатации скважин и способы их предотвращения.pdf

Трудность создания теории прострела колонны заключается в том, что взрывные процессы, происходящие в скважине при перфорации, отличаются от процессов в случае сферического (точечного) и цилиндрического взрывов в пространстве.

Если в первом случае взрыв происходит в ограниченном замкнутом объеме (в камере ствола, корпусе перфоратора или в колонне), то во втором случае взрыв происходит в неограни­ ченном пространстве (например, взрыв бомбы в море, подземные взрывы и др.).

Трудность усугубляется еще тем, что в зависимости от вида перфоратора процесс взрыва в скважине происходит по-разному.

Так, например, у пулевых перфораторов взрыв заряда проис­ ходит в камере канала ствола, у корпусных кумулятивных пер­ фораторов — в корпусе, а у бескорпусных кумулятивных перфо­ раторов— в колонне.

Установлено, что у пулевых перфораторов при взрыве заряда в камере ствола возникает весьма сложная картина взаимодей­ ствия ряда импульсов прямых волн сжатия, отраженных про­ дольных и поперечных волн, а также упругих волн разгрузки Рахматуллина, причем во всех случаях фронты волн имеют слож­ ные очертания.

С течением времени в результате расширения поверхности фронта волны и потери энергии волн на преодоление внутрен­ него трения, давление во фронтах, а также удельный импульс волн уменьшаются по мере их продвижения в стволе корпуса перфоратора.

Следует отметить, что процессы, протекающие при выстреле в камерах и стволах перфоратора, законы изменения давления газов, скорость перемещения пули в канале ствола и в колонне

вжидкой среде изучены достаточно полно.

Вработе [43] установлено, что в пулевых перфораторах за­

ряженный порох успевает сгореть полностью в камере еще до начала движения пули и давление продуктов взрыва в этот момент достигает максимального значения, доходящего до

20 000 кгс/см2.

После полного сгорания пороха в камере газы начинают рас­ ширяться за счет объема канала ствола и .сообщают пуле уско­ рение. При расширении газа давление у выхода ствола падает и имеет значение 3500—4500 кгс/см2. После вылета пули из ство­ ла газы некоторое время продолжают действовать на дно пули, создавая приращение ее скорости и расширяясь еще интен­

сивнее.

Аналогичный процесс затухания волн газов происходит и вну­ три корпуса корпусного кумулятивного перфоратора. Поэтому в случае прострела скважин этими перфораторами стенки колон­ ны испытывают удары расширяющихся волн с меньшими импульсами. При перфорации скважин пулевыми перфоратора­ ми, в отличие от корпусных кумулятивных, стенки колонны,

18

Удельный импульс обычно определяется площадью кривой дав­ ление— время, т. е. следующим интегралом

обсадной трубы при перфорации, прежде всего надо определить величины давления и время удара.

Определение давления ударной волны на стенку колонны

Давление, которое возникает на внутренней поверхности обсадной колонны от действия ударной волны жидкости в про­ цессе перфорации, может быть определено параметрами фронта ударной волны.

В случае перфорации колонн пулевым и корпусным кумуля­ тивным перфораторами границей начала ударной волны явля­ ется наружная поверхность корпуса перфоратора, а в случае перфорации колонн бескорпусным кумулятивным перфорато­ ром— поверхность заряда.

По мере движения ударной волны от начала границы к стенке колонны давление на фронтах будет уменьшаться в ре­ зультате расширения поверхности фронта и потерь на внутрен­ нее трение. Изменение максимального давления вследствие расширения поверхности фронта волн и потерь на внутреннее трение может быть выражено зависимостью согласно общей теории ударной волны

(2)

где (pmax)z — давление на произвольном расстоянии г в кгс/см2; (Ртах)о — давление на границе начала ударной волны в кгс/см2; До— наружный радиус корпуса перфоратора или заряда в см;

а— коэффициент затухания волн.

Вэтом случае показатель степени п зависит от формы

поверхности фронта волны, например для сферической волны

п= 1, для цилиндрической п = 0,5.

Вусловиях скважины давление на границе начала ударной волны состоит из двух давлений. Одно из них возникает от взрыва заряда и действует в направлении к стенке колонны, другое вызывается столбом жидкости в колонне и действует против давления взрыва. Таким образом, на границе начала ударной волны имеем

20

У пулевых перфораторов давление у выхода канала ствола доходит примерно до 3500—4500 кгс/см2. Следовательно, значе­ ние давления на границе начала ударной волны (р0) для пу­ левых перфораторов можно принять равным 4000 кгс/см3 (сред­ нее значение).

Для корпусного кумулятивного перфоратора ПК-105 зна­ чение давления р0 экспериментально определено Н. Г. Грироряном [18] и может быть использовано в расчетах.

Опыты проводили со специальной однозарядной камерой, размеры которой соответствовали размерам корпусного пер­

22