Способ разрыва пласта и устройство для его осуществления

 

Изобретение позволяет повысить эффективность воздействия на зону обрабатываемого пласта за счет обеспечения дискретного режима работы устройства с заданной периодичностью. Изобретение позволяет за один спуск устройства в скважину неоднократно наращивать давление разрыва пласта, увеличивая тем самым размеры образующихся при этом трещин. Устройство состоит из двух или более отстоящих одна от другой секций, каждая из которых содержит пороховые заряды 1, опорную трубу 2 с размещенным в ней пусковым воспламенителем. Рядом расположенные секции жестко связаны между собой посредством патрубка 7 с размещенным в нем кабелем. На внутренних торцах данных секций установлены турбулизаторы 6. После сжигания зарядов нижней секции запуск зарядов последующей секции осуществляют к моменту завершения движения столба жидкости вниз по скважине и достижения при этом максимальной величины давления в зоне обрабатываемого пласта. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам воздействия на нефтяной пласт давлением пороховых газов.

Цель изобретения - повышение эффективности воздействия на призабойную зону.

Достигается это тем, что в способе разрыва пласта после спуска устройства с пороховыми зарядами в скважину сжигание каждой последующей секции зарядов осуществляют к моменту достижения максимальной величины давления в зоне обрабатываемого пласта. Способ осуществляют с помощью многосекционного устройства, каждая секция которого содержит опорную трубу с размещенными на ней кольцевыми пороховыми зарядами и установленным в центральном канале трубы пусковым воспламенителем, связанным кабелем с пультом управления. На внутренних, обращенных друг к другу торцах предыдущей и последующей секций установлены турбулизаторы, каждый из которых выполнен в виде дисков, диаметр которых больше диаметра пороховых зарядов. Секции связаны между собой патрубком, герметично перекрывающим полость опорной трубы, через который пропущен электрический кабель. Расстояние между секциями выбирается из условия предотвращения самопроизвольного воспламенения зарядов последующих секций от горения предыдущей.

На фиг. 1 изображена схема устройства, общий вид.

Устройство состоит из двух или более секций, каждая из которых содержит трубчатые пороховые заряды 1, опорную трубу 2 с размещенным в ней пусковым воспламенителем 3. При установке в каждой секции устройства двух и более пороховых зарядов их соединяют между собой штуцерами 4 с имеющимися в них проходными каналами 5. На внутренних, обращенных друг к другу торцах рядом расположенных секций зарядов жестко установлены турбулизаторы 6, выполненные в виде дисков, диаметр которых больше диаметра зарядов, а сами секции жестко связаны между собой посредством установленного в опорных трубах 2 обеих секций патрубка 7 с герметизированным каналом 8 для размещения в нем электрической или другой связи воспламенителя 3 с пультом управления (не показано) и отстоят друг от друга на расстоянии, определяемом из условия предотвращения самопроизвольного воспламенения зарядов следующей секции от горения предыдущей. К верхней части устройства прикреплена головка 9, соединенная с кабелем 10, к жилам которого на необходимом расстоянии соответственно крепятся пусковые воспламенители 3. Диаметр и толщина турбулизатора выбираются с возможностью прохождения и предотвращения деформации его в скважине при спуске устройства.

Расстояние между соседними секциями определяют расчетным путем. Исходя из этого выбирается длина соединительного патрубка 7 (штуцера) с возможностью соединения его с опорными трубами 2 обеих секций устройства, а диаметр внутреннего канала - с возможностью прохождения через него электрической или другой связи с последующей его герметизацией.

Количество зарядов в каждой секции устройства определяют по известным методикам. При этом количество зарядов верхней секции должно быть больше, чем в нижней или других с целью увеличения объема активной составляющей, т. е. выхода газа.

Устройство работает следующим образом. После спуска его в скважину и установки на заданной глубине к пусковому воспламенителю 3 нижней секции устройства по соответствующей ему жиле II кабеля от пульта управления подают электрический (или другой) импульс, что вызывает горение пороховых зарядов 1 нижней секции. Инициирование зарядов происходит по внутренней боковой поверхности центрального канала опорной трубы 2, прогреваемой продуктами сгорания пиротехнических воспламенителей. Так как размещенные в нижней части устройства пороховые заряды 1 имеют огневую связь через проходные каналы 5 соединительных штуцеров 4, то происходит последовательное горение всех зарядов нижней секции устройства. Срабатывание зарядов следующей секции устройства в данный период исключается за счет того, что соединенный с обеими секциями устройства патрубок 7 с пропущенной через его канал 8 жилой II кабеля 10 плотно загерметизирован термоизоляционным материалом, например заливают горячей смолой смолой или делают резиновую прокладку с асбестом.

В соответствии с расчетными данными, зависящими от количества зарядов, гидростатического давления и других параметров определяют время горения зарядов нижней секции устройства, а также рассчитывают изменение давления при сгорании зарядов (определяют время сжатия газожидкостного столба при его движении вниз). Образующиеся при горении зарядов нижней секции устройства газообразные продукты поднимаются вверх, обтекая верхнюю часть устройства. Имеющиеся на внутренних торцах рядом расположенных секций устройства турбулизаторы обеспечивают полное перемешивание окружающей заряды среды и охлаждение ее до температуры, недостаточной для самопроизвольного возгорания зарядов последующей секции, а также полное обволакивание наружной поверхности зарядов последующей секции и исключение контакта ее c зонами газожидкостной среды с температурой выше температуры самопроизвольного возгорания. После сгорания зарядов нижней секции устройства, к моменту завершения движения столба жидкости вниз по скважине и достижения при этом максимальной величины давления в зоне обрабатываемого пласта (фиг. 2) осуществляют поджог зарядов последующей секции устройства путем подачи электрического импульса по соответствующей жиле к находящемуся в данной секции спусковому воспламенителю. Аналогичным образом поступают и в случае размещения в устройстве еще одной или нескольких секций, количество которых зависит от толщины обрабатываемого пласта: чем больше толщина, тем больше секций. Сгорание зарядов каждой последующей секции ведет к повышению давления разрыва пласта, а следовательно, и увеличению размеров трещин.

Пример конкретного выполнения для условий Западно-Тэбукского месторождения, сложенного из песчаника и низкопроницаемого пласта высотой 12 м. В скважину диаметром 130 мм спускают устройство, состоящее из двух, отстоящих одна от другой секций. На внутренних торцах рядом расположенных секций установлены турбулизаторы диаметром 120 мм и толщиной 4 мм, выполненные из стали, покрытой теплоизоляционным материалом. Нижняя секция устройства состоит из 6-ти пороховых зарядов, а верхняя - из 9-ти зарядов. Длина каждого заряда составляет 500 мм, а его масса 0,93 кг. Температура горения заряда составляет 2200^оС, температура самопроизвольного возгорания заряда - 160^оС, температура окружающей среды в условиях скважины - 80^оС, объем среды, окружающей каждый заряд, составляет 5,69 л. При сжигании одного заряда выделяется 790,5 ккал.

Так как наличие нескольких зарядов в одной секции не влияет на термодинамические расчеты ввиду кратковременности реакции горения зарядов, поэтому расчет ведется по одному заряду из рядом расположенных секций, а именно - последнему в предыдущей секции и первому в последующей секции (заряды, к которым крепятся турбулизаторы), и соответственно учитываются параметры самого заряда (вес, состав и т.д.). При горении одного заряда, выделяемая при этом энергия расходуется на нагрев окружающей среды, горной породы, на взаимодействие, на обрабатываемый пласт. При этом температура газожидкостной смеси, образующейся от сгорания заряда, не должна превышать 160^оС для исключения самопроизвольного возгорания зарядов следующей секции от горения зарядов предыдущей.

Для определения критического расстояния l_кр между соседними секциями, позволяющего осуществить запуск зарядов последующей секции устройства через 7 сек (времени, через которое столб жидкости завершит свое движение вниз и создаст максимальное воздействие на пласт), определяем дополнительный объем среды, необходимый для того, чтобы выделяемое тепло при сгорании зарядов предыдущей секции не доводило нагрев среды, окружающей нижний заряд последующей секции (а следовательно и остальные ее заряды) до температуры самопроизвольного возгорания.

Термодинамические расчеты показали, что при температуре горения заряда 2200^оС нижней секции устройства температура окружающей среды объемом 5,69 л, а соответственно и температура на поверхности рядом расположенного заряда последующей секции равна 164^оС, что ведет к его самопроизвольному возгоранию.

В результате конвекции с окружающей средой температура после окончания горения заряда снижается, соответственно снижается и температура окружающей среды: при 2000^оС - до 157^оС, при 1800^оС - до 149^оС.

При максимальной температуре горения и температуре окружающей среды при этом дополнительный объем, необходимый для исключения самопроизвольного возгорания последующей секции, будет равен V_доп = = 5,44 (л) , т.е. такой объем жидкости необходимо разместить между горящим зарядом нижней секции и зарядом последующей секции устройства.

Учитывая то, что заряды обеих секций соединены патрубком с диаметром 20 мм, определяем расстояние l, на которое должны быть удалены друг от друга заряды рядом расположенных секций: l = = = 378 мм ≈ 400 мм.

Согласно теории отрывных течений при кратковременной и интенсивной конвекции, возможно неполное и неравномерное перемешивание газожидкостной смеси, в которой могут оказаться зоны с повышенной относительно остального объема температурой. За счет установленных на внутренних торцах зарядов рядом расположенных секций турбулизаторов происходит полное перемешивание окружающей среды, движущейся вдоль поверхности заряда при полной турбулизации. Перемешанная, а значит, и охлажденная (с пониженной температурой) жидкость полностью охватывает поверхность заряда последующей секции при горении заряда предыдущей секции, что исключает контакт по поверхности с отрывными течениями с температурой, достаточной для самопроизвольного воспламенения.

При глубине скважины Н = 2000 м и гидростатическом давлении пласта Р'_гидр = =20,0 МПа полное горное давление Р_г^п составит 2,5 х 2000 х 0,8 = 40,0 МПа.

При этом давление разрыва Р_разр ≥ Р_г^п. При сгорании зарядов нижней секции устройства давление разрыва пласта будет Р'_разр = 50 МПа, а гидростатической - Р_г^п = =24,0 МПа. После сгорания зарядов последующей секции давление разрыва составит Р''_разр = 62,5 МПа.

Размеры трещин при заданных давлениях разрыва пласта будут: d'_тр = 0,04 см и L'_тр = 9,3 м, d''_тр = 0,12 см и L''_тр = 27 м.

Изобретение позволяет повысить эффективность воздействия на зону обрабатываемого пласта за счет обеспечения дискретного режима работы устройства с заданной периодичностью. За один спуск устройства в скважину можно неоднократно наращивать давление разрыва пласта, увеличивая тем самым размеры образующихся при этом трещин.

Формула изобретения

СПОСОБ РАЗРЫВА ПЛАСТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.

1. Способ разрыва пласта, включающий спуск в скважину порохового заряда с последующим его сжиганием, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности воздействия на призабойную зону, сжигание каждой последующей секции зарядов осуществляют к моменту достижения максимальной величины давления в зоне обрабатываемого пласта.

2. Устройство для разрыва пласта, содержащее опорную трубу с размещенными на ней кольцевыми пороховыми зарядами и установленным в центральном канале трубы пусковым воспламенителем, связанными кабелем с пультом управления, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности воздействия на призабойную зону, устройство выполнено многосекционным, причем каждая секция снабжена турбулизатором, установленным на торцевой поверхности опорной трубы в нижней части предыдущей секции и соответственно на верхнем торце последующей секции, при этом турбулизатор выполнен в виде дисков, диаметр которых больше диаметра пороховых зарядов, а секции связаны между собой патрубком, герметично перекрывающим полость опорной трубы, через который пропущен электрический кабель, при этом расстояние между секциями выбирается из условия предотвращения самопроизвольного воспламенения зарядов последующих секций от горения предыдущей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2