Торпедирование скважин истинное значение торпедирования

Глава XI ТОРПЕДИРОВАНИЕ СКВАЖИН ИСТИННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ТОРПЕДИРОВАНИЯ

Большие количества газа могут находиться в растворенном состоянии под газовой шапкой в воде, пересыщенной газом. Если газ добывается из газовой шапки с малым процентом отбора и давление в пласте понижается очень медленно, этот газ в пересыщенном растворе может находиться долгое время, а он нам нужен, во-первых, как газ, и, во-вторых, для повышения давления. Выше были перечислены условия, могущие вызвать выделение газа из раствора. Вторым условием является «сильное сотрясение пересыщенного раствора». Это условие мы можем выполнить торпедированием. Взрыв нитроглицерина в какой-либо скважине недалеко от контакта газ— вода может дать сотрясение на большой площади и вызвать выделение газа из раствора.

В СССР торпедирование скважин мало распространено и производится в большинстве случаев неудовлетворительно. Применяются взрывчатые вещества недостаточной силы. Нет полного понимания роли торпедирования. В США торпедирование скважин имеет широкое распространение, но и там нет полного понимания значения торпедирования. Ходячее мнение, принятое и в СССР, заключается в том, что торпедирование создает трещины в пласте вокруг той скважины, где сделан взрыв, и по этим трещинам к скважине притекает нефть или газ. Но так как трещины образуются только в твердых породах, как, например, в песчанике или известняке, торпедирование по общепринятому мнению не принесет пользы в мягких породах, например, в песке.

Некоторые исследователи в США высказывали сомнения, что причиной увеличения добычи от торпедирования является образование трещин в породе пласта. Да и действительно, едва ли такие трещины могут далеко итти. Между тем увеличение добычи от торпедирования иногда получается очень большое, необъяснимое короткими трещинами. Часто получается увеличение дебита на несколько сот процентов. Эта увеличенная добыча, постепенно уменьшаясь, иногда длится долго. В некоторых районах одни и те же скважины торпедируют периодически, например, через каждые 1,5 года или несколько чаще, и каждый раз получают увеличение добычи, правда, в убывающей прогрессии. Это увеличение добычи трудно объяснить трещинами. Вообще результаты торпедирования, по мнению некоторых исследователей, содержат много необъяснимого. Так, например, делают взрыв в одной скважине, а добыча увеличивается не только у этой скважины, но и в других скважинах, иногда находящихся довольно далеко. Тут уж трещины не при чем. Взрыв в одной скважине не может создать трещины, радиально расходящиеся от других скважин. В монографии о нитроглицеринном торпедировании скважин¹⁵¹,

С. О. Rison откровенно сознается, что объяснить столь сильное увеличение добычи, которое создается торпедированием, он не может.

Многие думают, что торпедирование следует применять только к бедным или истощенным пластам. Это — не верно. В США многократно торпедировали и богатые скважины, получая увеличение дебита.

Мы полагаем, что главная роль торпедирования как нефтяных„ так и газовых скважин заключается не в образовании трещин. Конечно* торпедирование может давать и трещины, но главная суть не в этом.

Взрыв на дне скважины производит сотрясение окружающей местности. Вследствие этого сотрясения жидкость, насыщенная газом^ выделяет газ из раствора; повышается давление и увеличивается добыча. Сотрясение переводит газ из растворенного в газообразное состояние, из неактивного в активное.

При таком понимании все необъяснимые результаты торпедирования делаются объяснимыми.

Возможность повторять торпедирование через определенные длительные промежутки времени объясняется так.

После первого торпедирования лишнего газа в жидкости нет. Жидкость недонасыщена газом. Давление поднялось. При эксплоатации давление медленно понижается. Жидкость становится насыщенной и затем перенасыщенной. Это состояние перенасыщения могло бы продолжаться долго, но делается новое торпедирование, лишний газ выходит из раствора, давление повышается, затем медленно понижается и так далее в том же порядке.

Промежутки между торпедированиями не должны быть особенно короткими. Опыт в США показал, что слишком частое торпедирование через короткие промежутки в 1 или 2 месяца не приносило пользы. Наилучшие результаты получались при промежутках длительностью от 6 месяцев до 1,5 лет в зависимости от процента отбора. Чем меньше процент отбора, тем длительнее должны быть промежутки.

Увеличение добычи в соседних скважинах объясняется тем, что эти скважины находятся в районе, охваченном сотрясением. Взрыв сотрясает пласт на большой площади вокруг скважины. Сейсмические волны идут далеко. Эти волны вызывают выделение пузырьков газа из пересыщенной жидкости. Взрыв в одной скважине помогает добыче других скважин,

Этим объяснимы и хорошие результаты торпедирования в мягких породах. Отпадает необоснованное ограничение торпедирования только районами твердых пород. Следует производить торпедирование и в Баку. Сейсмические волны идут через всякие породы.

В США иногда скважины с малой насосной добычей нефти после торпедирования переходили на фонтанирование. Так много газа иногда выделяло торпедирование из жидкости.

До сих пор считалось, что торпедирование и обработка соляной кислотой—процессы одного порядка. Они улучшают, увеличивают или расширяют пути газа или нефти к скважинам. Действительно^ торпедирование, создающее новые трещины около скважины, можно сопоставить с кислотной обработкой, расширяющей каналы в пласте* Но, кроме этого, торпедирование играет другую, более важную роль,.

которой кислотная обработка не имеет. Она не заменяет торпедирования. Торпедирование необходимо. Но, кроме него, можно производить и кислотную обработку, которая во многих случаях дает очень хорошие результаты.

ВЫБОР ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА

Для торпедирования большое значение имеет выбор взрывчатого вещества. В США доказано, что наилучшие результаты дает жидкий нитроглицерин. Были испытаны всевозможные взрывчатые вещества, начиная с пороха и кончая тринитротолуолом и взрывчатыми газами. Остановились на трех:

1.    Жидкий нитроглицерин.

2.    «Solidified nitroglycerin» (застывший нитроглицерин), называемый также «взрывчатым желатином». Он состоит из смеси от 90 до 97% жидкого нитроглицерина и отЗдо 10% растворимого хлопчатобумажного коллодиума и не имеет жидкой консистенции.

3.    Желатиновый динамит, содержащий 72% нитроглицерина и не находящийся в жидком состоянии.

Наиболее широко применяется жидкий нитроглицерин. Нитроглицерин должен применяться свежий, только что приготовленный. Возить его издалека нельзя. Переаозка нитроглицерина по железным дорогам запрещена.

Неудовлетворительные или мало удовлетворительные результаты торпедирования скважин в СССР, может быть, объясняются неправильным выбором взрывчатого вещества или его недостаточной свежестью. Аммонал или аммонит нужно считать материалом, дающим недостаточную силу взрыва.

В очень многих газовых районах США торпедируются все скважины, с самого начала, как только они вступили в эксплоатацию, и затем периодически.

В СССР в каждом более или менее крупном газовом районе следует организовать мелкие нитроглицериновые заводы и создать кадры специалистов производства, хранения и транспорта жидкого нитроглицерина и специалистов торпедирования скважин. Само производство жидкого нитроглицерина — очень простое дело, и для него нужно немного материалов: глицерин, азотная кислота, серная кислота и двууглекислая сода. Но нужна большая осторожность во время приготовления, хранения, транспорта и применения нитроглицерина* Все это в США выяснено и имеется обширная литература.

ОПЛАВЛЕНИЕ СТЕНОК ПЛАСТА

При торпедировании нужно остерегаться «обжечь пласт». Иногда наливают нитроглицерин прямо на дно скважины и производят взрыв. В некоторых случаях это дает неплохие результаты, а иногда вместо пользы получается вред. При взрыве жидкий нитроглицерин превращается в газы по такой реакции:

1 кг нитроглицерина дает 4,437 м³ газа, исчисленные при стандартной температуре. Этот газ имеет температуру 3470° С и объём или давление соответственно этой температуре. Объём газа увеличивается в 12,7 раза, но так как места для этого на дне скважины нет, то вместо увеличения объёма соответственно возрастает давление. Все это происходит моментально. Температура в 3470° С обжигает стенки скважины и расплавляет некоторые минералы пласта. Стенки оплавляются. Поры и каналы закупориваются. Если был таким образом) торпедирован нефтяной пласт, нефть разлагается, выделяя газы и кокс или гудрон, которыми закупориваются поры.

Поэтому нитроглицерин обычно спускается в скважину в особом жестяном сосуде. Это—длинная торпеда, похожая на тартальную желонку. Предпочитают цилиндры с двойными стенками (труба в трубе); кольцевое пространство между этими' стенками наполнено водой. Таким образом, возникшая при взрыве высокая температура не действует непосредственно на стенки скважины и не оплавляет пласт. Вместо жестяных иногда применяются бакелитовые торпеды.

ПЛАНИРОВАНИЕ ТОРПЕДИРОВАНИЯ

Если иметь в виду главную роль торпедирования, а не образование грещин в пласте, на газовых промыслах желательно закладывать заряд не против газоносной части пласта, а под нею, ниже контакта газ—вода. Этого пока никто не делал и не предлагал. Но это логически вытекает из понимания роли торпедирования.

Можно сотрясать газоносную породу. Сотрясение от взрыва передается и в область воды, если она недалеко. Но лучше сотрясать непосредственно воду. Это будет наиболее эффективно выделять газ из пересыщенного и даже только из насыщенного раствора, а может быть даже и из недонасыщенного.

Когда взрыв делается в сухой газоносной части, средой, передающей взрыв воде, является порода пласта. Лучше обойтись без этой передаточной инстанции и делать взрыв непосредственно в воде. Вода имеет чрезвычайно малую сжимаемость и будет хорошо реагировать на взрыв. Сейсмические волны по ней пойдут под газоносной частью пласта далеко во все стороны. Могут быть газовые скважины, имеющие забой далеко от контакта газ—вода. В них торпедирование не дает таких хороших результатов, как в скважинах, введенных в пластовую воду под газом.

Для такого торпедирования придется бурить специальные скважины. Это будут «скважины — оживительницы месторождения». Нужно разделить месторождение на квадраты и в центре каждого квадрата пробурить в верхнюю часть пластовой водоносной зоны скважину-оживительницу. Расстояние между такими скважинами устанавливается экспериментально, но ориентировочно его можно наметить и теперь.

В водоносную часть пласта такая скважина должна войти метров на 5 или на 10, и против всего этого количества метров закладывается торпеда, наполненная жидким нитроглицерином. Но можно непосредственно налить нитроглицерин на дно скважины до контакта газ—•

вода, так как можно не опасаться оплавления или обжигания стенок пласта. Нитроглицерин, имея уд. вес 1,6 при 15° С, не всплывет над водой. Он не гигроскопичен, не растворим в воде и не боится воды.

Взрыв во всех взрывных скважинах месторождения нужно делать в конторе одновременно электрическим запалом по проводам одним включением аппарата для всех скважин. Этот моментально-одновременный взрыв по всему месторождению будет особенно эффективен. Мы будем сразу сотрясать все месторождение.

Длительность промежутков между периодическим торпедированием устанавливается в зависимости от процента отбора и темпа падения пластового давления при эксплоатации. На первое время при малом проценте отбора и медленном падении давления их можно установить в 1,5 года, при более значительном— 1 год и при большом — 6 месяцев. Этот вопрос решается давлением. Если давление в пласте после предыдущего торпедирования более или менее значительно понизилось, значит раствор газа в воде стал пересыщенным и пора торпедировать.

На время промежутков между торпедированием эти взрывные скважины превращаются в эксплоатационные. Из них можно добывать газ, но не с очень большим процентом отбора, чтобы не притянуть конус воды. Над водой можно поставить временную пробку, но можно и не ставить, так как и из воды будет поступать в скважину немного газа.

Для установления деталей такого торпедирования месторождения желательна научно-исследовательская работа как в лаборатории, так и на промыслах. Наиболее удобным местом нужно считать Бугу-русланский район, где есть много скважин, вошедших в воду под газом, и скважин, вошедших в воду под нефтью. Желательно выяснить результаты и детали торпедирования четырех зон:

1.    Водоносная зона под газом.

2.    Нефтеносная зона под газом.

3.    Нефтеносная зона за пределами газовой шапки.

4.    Водоносная зона под нефтью.

Для увеличения добычи нефти следует производить взрывы в нефтеносной зоне. Они увеличат не только добычу нефти, но и добычу газа.

Так как вода под нефтью также пересыщена газом, следует торпедировать и водоносную зону под нефтью или рядом с нефтью.

ТОРПЕДИРОВАНИЕ ГАЗОНОСНЫХ СЛАНЦЕВАТЫХ ГЛИН

Газовые месторождения V категории, а именно газоносные сланцеватые глины, также подвергаются торпедированию. Оно особенно широко применяется на газовых промыслах восточной части штата Кентукки, где из газоносных сланцеватых глин газ добывается тысячами скважин. В некоторых местах, если бы не делать торпедирования, промышленной добычи газа не было бы. Очень многие скважины по окончании бурения не показывали никакого дебита газа, но, будучи торпедированы, начинали давать промышленный дебит и были весьма Долговечны. Количество безрезультатных скважин не превышает 5%.

Торпедирование глин вошло в практику с давних-времен. Первоначально торпедировались только те газоносные прослойки, которые были замечены при бурении. Но затем оказалось, что надо торпедировать всю толщу этих верхнедевонских глин, а она местами имеет мощность до 200 ж, так как при бурении многие газоносные прослойки ничем себя не проявляли. Некоторые геологи думают, что вся эта толща газоносна, но на разных горизонтах в разной степени. В 20-х годах установилась практика сплошного торпедирования всей толщи. Для этого по окончании бурения в скважину спускается много длинных торпед, одна на другую, так что на.всю мощность указанной толщи скважина наполнена взрывчатым веществом. В местах максимальной мощности такая сумма длины торпед доходит до 200 м. Затем все эти торпеды сразу взрываются.

В качестве взрывчатого вещества сначала применялся жидкий нитроглицерин, но затем перешли на взрывчатый желатин, содержащий 80% жидкого нитроглицерина. В среднем такое торпедирование давало увеличение дебита газа в 6 раз. Средний дебит скважин после торпедирования — около 14 160 м^г на скважину в сутки.

В этой глине и под ней нет пластовой воды, так что приписывать увеличение дебита выходу газа из раствора здесь нельзя. В глине кое-где встречается в небольших количествах вода, представляющая концентрированный раствор различных солей и в том числе хлористого натрия, хлористого кальция, хлористого магния и пр. Эта вода очень сильно разъедает металлическое оборудование. Она насыщена газом, добывается из газовых скважин и пропускается через трап. Но не она дает такое увеличение дебита газа после торпедирования. Можно предполагать, что здесь мы имеем дело с «адсорбированным газом». В жидкостях газ абсорбирован, а в мельчайших порах твердых тел адсорбирован. Как известно, некоторые пористые вещества могут поглощать громадные количества газа. В одном объёме такого вещества даже при атмосферном давлении могут содержаться десятки объёмов газа (даже до 172 объёмов). В сланцеватых глинах есть поры разных форм и размеров. Некоторые из них обладают способностью поглощать большие количества углеводородного газа. Но этот газ связан и из пор не выходит. Может быть, сильное сотрясение, причиняемое взрывом, его освобождает.

ДОБЫЧА АДСОРБИРОВАННОГО ГАЗА

Известно, что газовые молекулы притягивают друг друга. Сила притяжения молекул иначе называется силой сцепления. Она характеризуется величиной ^ в известном у равнении Ван-дер-Ваальса.

(Р+ ~)(v-b) = nRT.    (53)

Здесь а и b—константы для данного газа, п—число молей, а Р, v, R и Т — общеизвестны из уравнения Клапейрона;

¹ Van der Waals, «Zeitschrift fur Phvsikalische Chemie», 1890, т. 5, стр. 133 — 173.

д — есть объём самих молекул;

v—b — свободное от молекул пространство, в котором могут происходить движения газовых молекул.

Величина ¦—- называется также внутренним давлением.

В порах газоносного пласта и в порах газоносных сланцеватых глин имеется давление Р, под которым находится газ. К этому давлению надо прибавить величину так как эта сила действует в том

же направлении. Она является причиной отклонения от закона Бойля или Мариотта. Благодаря ей газ в пласте сжат сильнее и занимает

меньший объём, чем полагается по закону Бойля. Обе силы, Р и^

стремятся уменьшить расстояния между молекулами. Им противодействует кинетическая энергия газовых молекул, стремящаяся отодвинуть молекулы друг от друга. Благодаря ей газовые молекулы находятся в постоянном движении. Кинетическая энергия определяется

размером температуры. Силы Ри действуют во всех состояниях

вещества. Кинетическая энергия газовых молекул действует только в газовой фазе. Молекулы газа притягиваются не только друг другом, но и другими соседними веществами как жидкими, так и газообразными. Притяжение идет по закону Ньютона. Оно пропорционально массам и обратно пропорционально квадратам расстояний. Притяжение или сцепление молекул есть причина образования упругой эластичной пленки на поверхности жидкости. На поверхности пор и каналов в газоносном пласте также образуется упругая эластичная пленка сгущенного газа. Эта пленка состоит из очень многих слоев молекул газа, потерявших кинетическую энергию. Притяжение газовых молекул твердым телом преодолело кинетическую энергию газа. В этой пленке газовые молекуЛы связаны. При добыче газа из скважин они не идут по пласту к скважинам. Суммарная поверхность пор и каналов в газоносном пласте очень велика. Преобладающая фракция Барт-лесвильского пласта, дающего газ во многих месторождениях Канзаса и Оклахомы, состоит из песка, зерна которого проходят через сетку в 100 мешей и не проходят через сетку в 150 мешей. Средний диаметр этих зерен равен 0,147 мм. 1 м³ такого песка содержит 8 639 м² поверхности пор, и все эти стенки могут быть покрыты сгущенной пленкой газа.

Сгущенная пленка газа на поверхности твердого тела имеет внутреннее давление намного больше окружающего давления. В ней газ находится в особом состоянии. Возникшая пленка сама начинает притягивать молекулы из газа и этим увеличивать свою толщину. Но это увеличение толщины оканчивается, когда внешний слой молекул находится на таком расстоянии от поверхности твердого тела, при котором притяжение со стороны твердого тела уже недостаточно, чтобы преодолеть кинетическую энергию молекулы.

Тяжелая молекула сильнее притягивает какую-нибудь другую молекулу, чем легкая. Это взаимное притяжение характеризуется величиной а уравнения Ван-дер-Ваальса. Если V = 1, то при 0°Ц и при давлении 1 ата а имеет величины, указанные в таблице 58.

Величина а в уравнении Ван-дер- Ваальса

В пленке сгущенного газа на стенках пор и каналов наименее крепко держатся молекулы метана. Повидимому, их легче всего оторвать от притягивающей стенки пор. Мы думаем, что торпедирование, сильно сотрясая породу, выполняет эту задачу. Оно отрывает не все молекулы, а лишь те, которые сидят наименее крепко. Анализы газа, добываемого из газоносных сланцеватых глин Канзаса, Оклахомы и Кентукки, показали, что газ представляет почти чистый метан. Остальные углеводороды при торпедировании не оторвались. Как выше было сказано, добыча газа из этих глин производится только при условии предварительного торпедирования. Сотрясение освобождает легкие молекулы, имеющие значительную кинетическую энергию.

Твердые пористые тела имеют избирательную способность поглощения. Они более охотно поглощают тяжелые газовые молекулы, так что из пор твердого тела можно тяжелым газом вытеснить поглощенный ранее легкий газ. Это известно из практики извлечения бензина из газа древесным углем.

Поглощение газа пористым твердым телом зависит также от природы этого тела, от размеров пор и их формы. Для определенных углеводородов нужны определенные размеры пор. Например, поры активированного угля, сделанного из скорлупы кокосовых орехов, особенно пригодны для поглощения из газа бутана, пентана, гексана и т. д. Но они поглощают и легкие углеводороды. Повидимому, кварцевый песок или песчаник не особенно пригоден для создания спущенной пленки газа на стенках его пор и каналов. Нужны более мелкие поры и другой материал. Надо полагать, что газоносные темнобурые сланцеватые глины имеют поры, как раз подходящие для поглощения углеводородных газов. Эти глины в США были изучены как химически, так и физически и, кроме того, палеонтологически. Имеется обширная литература. Указанные газоносные глины очень богаты органическим, веществом. Среднее содержание органического вещества в газоносных глинах Кентукки оказалось 18,87%. В некоторых образцах оно доходит до 58%. Есть много остатков водорослей и других организмов, живших в мелком море, близ берега. Есть углистые остатки. Выделено битуминозное вещество, названное керогеном. Содержание керо-гена колеблется от 1,77 до 5,14%. Глины, несмотря на горообразовательные процессы, не подвергались сколько-нибудь значительному метаморфизму. Многие из них —образования дельт. Повидимому благодаря углистому материалу, керогену и некоторым видам органического вещества эти глины имеют и большую способность содержать в порах углеводородный газ. Геологический возраст глин Кентукки и Огайо—тот же самый, который имеют кубоидные сланцеватые глины Ухтинского района. Найдены такие же окаменелости.

В СССР, конечно, есть во многих местах газоносные темнобурые сланцеватые глины, но при вращательном бурении с глинистым раствором их газоносность не проявлялась. Она могла бы проявиться при сухом канатном бурении. Нужно внимательно относиться к темнобурым сланцеватым глинам, содержащим органическое вещество. При пробуривании таких глин нужно брать пробы и делать анализы. Если содержание органического вещества довольно значительно_г следует произвести торпедирование и испытать на газоносность.

Некоторые пласты каменного угля содержат большие количества адсорбированного метана. Есть проект инж. Лио Рэнни добычи метана из пластов каменного угля горизонтальными скважинами, проводимыми из шахт и штреков. Начато осуществление этого проекта в Австралии. Для извлечения метана из угля Рэнни применяет вакуум на пласт.

Кроме темнобурой сланцеватой глины и каменного угля есть еще породы, могущие содержать в порах много адсорбированного газа. Особый интерес представляет мел. Есть очень легкие сорта мела, содержащие громадное количество мелких пор. Всю эту пористость нельзя отнести к неэффективной. Мел продувается. Очень многие поры не изолированы, а соединены друг с другом. И, однако, среди известных нам газовых месторождений только в одном мел* служит газоносной породой. Это — Монро. Но тот газ, который идет в скважины, содержится в кавернах, канадах и более или менее крупных порах, созданных выщелачиванием породы, когда она была н^ поверхности земли. Имеется ли газ в первичных мелких порах самого мела и участвует ли он в добыче, мы не знаем.

Мел — отложение моря. Некоторые считают его глубоководным отложением. Он состоит из известковых раковин мелких организмов. Тела этих организмов представляли достаточно материала для образования больших количеств углеводородного газа. Мел мог быть материнской породой для газа. Может быть он и был ею в районе Монро, а интрузии вулканических пород под мелом могли генерировать этот газ из органического материала мела. Но главным вопросом является, содержит ли первичная мелкая пористость мела газ и может ли она отдавать его для добычи, а если для обычной эксплоатации он недоступен, то нет ли практически применяемых способов, чтобы выгнать этот крепко сидящий абсорбированный газ из мела?

Мела у нас много, особенно в Иижневолжском районе, и есть подходящие структуры. Решение вопроса о промышленной газоносности мела могло бы иметь не малое значение. Может быть, торпедирование мела освобождает часть адсорбированного газа.

Контакт газа и воды  »

Библиотека »