Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2015, № 9 (спецвып.34)

ГОРНЫЙ
ИНФОРМАЦИОННОАНАЛИТИЧЕСКИЙ
БЮЛЛЕТЕНЬ № 9
СПЕЦИАЛЬНЫЙ
ВЫПУСК 34

С.А. Горинов
И.Ю. Маслов

ОБОСНОВАНИЕ
ДЕТОНАЦИОННЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК
ВЗРЫВЧАТОГО
ВЕЩЕСТВА
ПРИ ТОРПЕДИРОВАНИИ
НЕФТЕГАЗОВЫХ
СКВАЖИН

УДК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Г 69 

662.217 
Г 69 
 
 
 
 
Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 
29.124—94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной 
службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия
человека № 77.99.60.953.Д.014367.12.14 
 
 
 
 
 
Горинов С.А., Маслов И.Ю. 

Обоснование детонационных характеристик взрывчатого 

вещества при торпедировании нефтегазовых скважин. Отдельные
статьи: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2015. — № 9 (специальный выпуск
34). — 16 с. — М.: Издательство «Горная книга» 
ISSN 0236-1493 

Показано, что применение термостойких взрывчатых веществ (ВВ)

с пониженными детонационными показателями, позволяет получать устройства для одновременного перфорирования обсадных труб и торпедирования скважин. Представлена методика определения детонационных
параметров ВВ для использования их в устройстве для одновременного 
перфорирования обсадных труб и торпедирования скважин. 

Ключевые слова: торпедирование скважин, детонационные пара
метры ВВ. 
 

УДК 662.217

©  С.А. Горинов, И.Ю. Маслов, 2015 
©  Издательство «Горная книга», 2015 
ISSN 0236-1493 

©  Дизайн книги. Издательство  
«Горная книга», 2015 

 
 

УДК 662.217 
© С.А. Горинов, И.Ю. Маслов, 2015 

ОБОСНОВАНИЕ ДЕТОНАЦИОННЫХ  
ХАРАКТЕРИСТИК ВЗРЫВЧАТОГО  
ВЕЩЕСТВА ПРИ ТОРПЕДИРОВАНИИ  
НЕФТЕГАЗОВЫХ СКВАЖИН 

Показано, что применение термостойких взрывчатых веществ (ВВ) с пониженными детонационными показателями, позволяет получать устройства для одновременного перфорирования обсадных труб и торпедирования скважин. Представлена методика определения детонационных параметров ВВ для использования их в устройстве для одновременного перфорирования обсадных труб и торпедирования скважин. 
Ключевые слова: торпедирование скважин, детонационные параметры ВВ. 

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Применение торпедирования 

скважин для увеличения дебита из продуктивных пластов является распространенной технологической операцией при скважинной добыче жидких и газообразных полезных ископаемых [1, 2]. 
Как правило, торпедирование скважин осуществляют после 
предварительной перфорации обсадных труб [2, 3]. 

В целях повышения эффективности работ по увеличению 

продуктивности скважин применяются различные варианты выполнения технологических операций, направленных на увеличение дебита, за одну операцию «спуск-подъем». Согласно [3] отношение диаметра торпедирующего заряда к внутреннему диаметру скважины в месте размещения торпеды составляет 0,25—
0,35. Однако если осуществлять операции по перфорации обсадных труб и торпедированию за одну спускоподъемную операцию, 
то данное отношение существенно возрастает. Поэтому в данном 
случае для обеспечения необходимого воздействия на призабойную часть продуктивного пласта при сохранении скважинной колонны в работоспособном состоянии необходимо применять 
взрывчатые вещества, которые помимо свойств термостойкости 
[1, 2, 4], удовлетворяют также определенным требованиям к детонационным параметрам. 

В работе [5] приводится оценка величины зоны разрушения в 

напряженной горной породе при взрыве цилиндрического заряда 

ВВ при гидродинамическом разрыве пластов горных пород. При 
этом полагается, что «давление во взрывной полости мгновенно 
возрастает до максимума и поддерживается в течение времени, 
достаточного для завершения деформационных процессов». Данное решение не позволяет решить задачу обоснования параметров взрывчатых веществ, применяемых для торпедирования 
скважин, при условии сохранения скважинной колонны в работоспособном состоянии, т.к. в нем не учитывается изменение давления в продуктах взрыва при их расширении в процессе деформирования жидкости, окружающей заряд, обсадной трубы и разрушения горных пород, окружающих скважину. 

В настоящей работе приводится обоснование требований к 

детонационным параметрам ВВ, используемого для создания 
торпедирующего заряда, в зависимости от наружного и внутреннего диаметров заряда, наружного и внутреннего диаметров обсадной трубы, механических свойств материала обсадной трубы 
и окружающих горных пород (зацементированного затрубного 
пространства), ударной адиабаты жидкости, заполняющей скважину в момент осуществления операции и др. Данные обстоятельства делают данное исследование актуальным. 

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Рассмотрим следующую 

конструкцию устройства для одновременного осуществлением 
перфорировании обсадной трубы и торпедирования скважины. 
Заряд представляет собой герметически закрытую с двух сторон 
трубу с гнездами для размещения кумулятивных зарядов. Вдоль 
оси указанной трубы в промежутках между кумулятивными зарядами расположены трубки небольшого диаметра, в которых размещаются средства передачи импульса к взрывателям кумулятивных зарядов. Оставшееся пространство внутри большой трубы заполняется взрывчатым веществом, параметры которого необходимо определить. 

Введем обозначения: 

1d , 
2
d – внутренний и наружный диаметр заряда; 

3
d , 
4
d – внутренний и наружный диаметр обсадной трубы; 

ж
ρ
, 
ж
c
, n– плотность, скорость звука и показатель в удар
ной адиабате (закон сжимаемости Тэта) жидкости, заполняющей 
скважину в момент осуществления операции; 
sP , k – начальное 

давление и коэффициент политропы ВВ, используемого для создания торпедирующего заряда; 

hP – горное давление в законтурном массиве; 

р
σ
, 
∗
σ , C  – предел прочности на разрыв, одноосное сжа
тие и сцепление горной породы; ϕ – угол внутреннего трения 
горной породы; 

μ , ν – модуль сдвига и коэффициент Пуассона горной породы; 
σT , 
∗ε – предел текучести и допустимое относительное уд
линение материала обсадной трубы. 

Положим, что расширение взрывных газов описывается по
литропической зависимостью с коэффициентом политропы k  [6], 
а динамическое деформирование жидкости, заполняющей скважину, законом Тэта. 

Тогда отношение радиуса газового пузыря в момент окончания 

роста к внешнему радиусу заряда z  определяется из уравнения 

2
2
2
32
12
2
2
2
2
2
32
42
12

1
1
1
n
2

n
k

ж
ж
ж
s
с
P
P
z
z
∗

⎡
⎤
⎛
⎞
⎛
⎞
ρ
λ
−
− λ
=
−
=
⎢
⎥
⎜
⎟
⎜
⎟
λ
+ ε λ
−
− λ
⎢
⎥
⎝
⎠
⎝
⎠
⎣
⎦
,  

где 
1
12
2
λ
= d
d ; 
3
32
2
λ
= d
d ; 
4
42
2
λ
= d
d ; 
ж
P
– давление взрывных газов в 

газовом пузыре. 

Радиальное давление 
(
)
∗ε
P
 на границе «внешняя поверх
ность обсадной трубы - зацементированное затрубное пространство» при этом будет равно: 

(
)

2
2
34
34
2
2
1
1
1

ж
T
P
P
∗
∗
∗
∗
∗

⎛
⎞
λ
+ ε
⎜
⎟
ε
=
λ
+ ε −
−
σ
⎜
⎟
+ ε
+ ε
⎝
⎠
, где 
3
34
4
λ
= d
d . 

Сшивка решений (на основании зонной теории разрушения 

при камуфлетном взрыве заряда в горной породе [7-9]) на границе зоны сдвиговой деформации горной породы и радиальных 
трещин в этой породе дает следующее уравнение: 

(
)
( )

1 sin
2sin

2

1 sin
2sin
1
1 sin
1 sin
2
2
1

сж
h
сж
h

h
p
h

Cctg
P
P

P
P
Cctg
P

+
ϕ
ϕ

∗

∗
∗

+
ϕ
ϕ
⎛
⎞
ϕ+σ
+
σ
+
⎜
⎟
ε
−
ϕ
−
ϕ
≅
×
⎜
⎟
ε
+
+
ϕ
μ
σ +
+ε
⎜
⎟
⎜
⎟
⎝
⎠

 

(
)

2sin
2sin
1
sin
2
1
1
sin
2

сж
h

сж
h
h
p
h

P
P
P
P

⎡
⎤
ϕ
σ
+
⎢
⎥
ϕ
−
ϕ
⎢
⎥
× σ
+
−
− ν
−
ϕ
σ +
⎢
⎥
⎢
⎥
⎣
⎦

. 

Согласование полученных выражений возможно при опре
деленных значениях 
sP  и k . Это предельные требования к дето
национным характеристикам ВВ для торпедирования скважины с 
точки зрения сохранения целостности скважины от возникновения продольных трещин. 

Для предохранения разрыва става обсадных труб от попе
речного разрыва величина заряда 
зар
m
 должна ограничиваться 

величиной 
1
зар
зар
m
m Q Q−
∗
∗
≤
, где 
∗
m – предельная масса тротилово
го заряда; Q∗ , 
зар
Q
– удельная теплота взрыва тротила и рас
сматриваемого ВВ. 

В случае кумулятивной перфорации из условия «срабатыва
ния» кумулятивных зарядов к моменту подхода к ним детонационной волны, распространяющейся по торпедирующему заряду, 
следует ограничение на скорость детонации 
x
D  в ВВ, используе
мом для создания торпедирующего заряда: 

1

2

. .
. .

2
1
шн
x
шн
к з
к з

d
D
D
D
L
d
D

−

∗

⎛
⎞
≤
+
⋅
⎜
⎟
−
⎝
⎠
, 

где 
. .
к з
D
, 
шн
D
– скорости детонации в ВВ кумулятивного заряда 

и детонирующем шнуре, соответственно; 
∗L – расстояние между 

кумулятивными зарядами по длине устройства; 
. .
к з
d
– диаметр 

кумулятивного заряда. 

Для примера сравним традиционный способ торпедирования 

скважины с предлагаемым способом. 

Положим, что среда имеет следующие механические свойст
ва: 
р
σ
= 10 МПа, 
∗
σ = 100 МПа, C = 30 МПа; ϕ = 20 ; μ = 20 

ГПа, ν = 0,4. 

Свойства жидкости, заполняющей скважину: 
ж
ρ
=1500 кг/м3, 

ж
c
= 2100 м/с, n=7. 

Параметры обсадной трубы: 
3
d = 0,16 м, 
4
d =0,18 м, σT = 500 

МПа, 
∗ε <0,15. 

Параметры традиционного ВВ: 
1
D  =7500 м/с, 
1ρ =1600 кг/м3, 

k =3,4. 

Внутренний и наружный диаметр традиционного заряда: 
1d = 0, 

2
d = 0,05 м. 

Параметры ВВ при увеличенных поперечных размерах тор
педирующего заряда (при совмещении операций перфорации и 
торпедирования): 
1
D  =2100 м/с, 
1ρ =1100 кг/м3, k =2,0. 

Внутренний и наружный диаметр заряда в новом устройстве: 

1d = 0,04 м, 
2
d = 0,10 м. 

На рис. 1 представлены зависимости радиусов зоны радиаль
ных трещин от величины литостатического давления при торпедировании скважины традиционным и предлагаемым способом. 

Анализ зависимостей, приведенных на рис. 1, показывает, что 

применение термостойких ВВ с пониженными детонационными показателями, позволяет получать устройства для одновременного перфорирования обсадных труб и торпедирования скважин. При этом 
в области значений литостатического давления, представляющих  

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

0
50
100
150
200

Литостатическое давление, МПа

Радиус зоны радиадьных трещин, 
м

р=1,6г/см3; D=7500м/с;
r1=0; r2=0,025м

р=1,13г/см3; D=2100м/с;
r1=0,02м; r2=0,05м

 
Рис. 1. Зависимость радиуса зоны радиальных трещин вокруг скважины при 
торпедировании традиционным ВВ (сплошная линия) и предлагаемым ВВ 
(пунктирная линия) от величины литостатического давления (характеристики скважины и горных пород приведены в тексте) 

наибольший практический интерес, значение радиуса зоны радиальных трещин вокруг скважины при торпедировании предлагаемым способом превосходит аналогичную величину при традиционном торпедировании. 

ВЫВОДЫ. Показано, что применение термостойких ВВ с 

пониженными детонационными показателями, позволяет получать устройства для одновременного перфорирования обсадных 
труб и торпедирования скважин. 

Разработана методика определения детонационных парамет
ров ВВ для использования их при одновременном перфорировании обсадных труб и торпедировании скважин. 

Дополнительные исследования показали возможность полу
чения термостойких взрывчатых веществ, удовлетворяющих указанным в работе требованиям в широком диапазоне физикомеханических свойств горных пород, значений горного давления 
и соотношений геометрических параметров заряда и обсадной 
трубы. Однако освещение данного вопроса выходит за пределы 
вопросов настоящей работы. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Григорян Н.Г., Ловля С.А., Шахназаров Г.Г., Горбенко Г.А. Прострелоч
ные и взрывные работы в скважинах. М.: Недра, 1992. – 303с. 

2. Прострелочно-взрывные работы в скважинах. Справочник под ред. Н.Г. 

Григоряна. М.: Недра, 1971. – 248с. 

3. Бовт А.Н., Низамов А.Ж. Воздействие подземного взрыва на окружаю
щую среду. М.: НИЯУ МИФИ, 2010. – 332с. 

4. Державец А.С., Зарубина З.Ф., Шехтер Б.И. Детонационные характери
стики термостойких взрывчатых веществ // В кн. Взрывное дело, № 80/37. М.: 
Недра, 1978, с.34-42. 

5. Михалюк А.В. Первичное разрушение пород при газодинамическом раз
рыве пластов // В кн. Действие взрыва в грунтах и горных породах. Киев, Наук. 
Думка, 1982, с.183-195. 

6. Баум Ф.А., Станюкович К.П., Шехтер Б.И. Физика взрыва. М.: Физмат
лит, 1959. — 800с. 

7. Родионов В.Н., Адушкин В.В., Костюченко В.Н. и др. Механический эф
фект подземного взрыва. М.: Недра, 1971. 224с. 
8. Мартынюк П.А., Шер Е.Н. Оценка размеров зоны, радиальных трещин, 
образующихся при камуфлетном взрыве шнурового заряда в хрупкой среде. // 
Журнал прикл. мех. и техн. физики. 1984 № 4. С.127-132. 

9. Маслов И.Ю., Горинов С.А., Брагин П.А. Оценка величины эффективно
го импульса, передаваемого скальной горной породе при взрыве цилиндрического заряда на стадии динамического расширения // Труды XV международной 
научно-практической конференции по взрывному делу. Ялта, Крым, 06.09 – 
12.09.2015 г. 

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ 

Горинов 
Сергей 
Александрович 
– 
кандидат 
технических 
наук, 

akaz2006@yandex.ru, 
Маслов Илья Юрьевич – кандидат технических наук, ilmaslov@mail.ru, 
ООО «Глобал Майнинг Эксплозив-Раша». 

УДК 662.217  
© S.A. Gorinov, I.Y. Maslov, 2015 
 

JUSTIFICATION OF DETONATION  
CHARACTERISTICS OF EXPLOSIVES  
IN OIL AND GAS WELL SHOOTING 

In this study, it was shown that the use of heat resistant explosives with degraded 
detonation characteristics allows obtaining setups for simultaneous casing pipes 
perforation and well shooting. A method is provided for determination of detonation parameters of explosives for their use in the setup for simultaneous casing 
pipes perforation and well shooting. 
Key words: well shooting, detonation characteristics of explosives. 

TIMELINESS OF THE STUDY. The use of well shooting for in
crease of production from payout beds is a widespread working operation in the process of borehole production of liquid and gaseous mineral resources [1, 2]. Generally, well shooting is performed after preliminary perforation of casing pipes [2, 3]. 

In order to boost the efficiency of works on well deliverability in
crease, various options are used for execution of working operations 
that are focused on increase of production per one round-trip operation. According to [3], the ratio of the shooting charge diameter to the 
internal well diameter at the location of high-pressure charge equals to 

0.25-0.35. However, if operations on well shooting and casing pipes 
perforation are executed in one round-trip operation, then such ratio 
increases materially. So in this case, in order to provide the necessary 
effect on the bottom-hole area of a payout bed and to keep the well’s 
column in serviceable condition, it is necessary to use explosives that 
meet certain requirements to detonation parameters besides having 
heat resistant properties. 

In study [5], evaluation is given for destruction area magnitude in 

a stressed rock formation during the blast of cylindrical explosive 
charge at hydrodynamic rock formation fracturing. At that, it is assumed that «pressure in the explosion chamber immediately increases 
to the maximum, and it is supported during the time sufficient for 
completion of detonation processes». This solution does not allow 
solving the task to justify parameters of explosives used for well 
shooting upon condition of preservation of serviceable state of the 
well’s column, since it does not take account for alteration of pressure 
in explosion products during their expansion in the process of deformation of the liquid surrounding the charge and the casing pipe, and 
destruction of rock formations surrounding the well. 

In this study, the justification is given for detonation parameters 

of an explosive used for creation of shooting charge depending on the 
external and internal charge diameters, the external and internal casing 
pipe diameters, mechanical properties of the casing pipe’s material 
and surrounding rock formations (cemented annulus), Hugoniot adiabat of the liquid filling the well at the moment of operation execution, 
etc. These circumstances are the reason why this study is currently 
important. 

STUDY RESULTS. Let’s consider the following design of a 

setup for simultaneous casing pipes perforation and well shooting. The 
charge is represented by a pipe hermetically sealed from both sides, 
with sockets for placement of jet charges. Along the axis of this pipe, 
in the intervals between jet charges, there are small diameter tubes, in 
which means for momentum transfer to the initiators of jet charges are 
located. The remaining space within the large pipe is filled with the 
explosive, parameters of which are to be determined. 

Let us introduce the following designations: 
d1, d2 – internal and external diameters of the charge; 
d3, d4 – internal and external diameters of casing pipe;