Способ обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления

 

Использование: при эксплуатации нефтяных скважин. Обеспечивает повышение эффективности обработки прискважинной зоны пласта за счет более интенсивного воздействия на пласт и снижения аварийности при проведении работ. По способу осуществляют сборку депрессионной камеры с впускным клапаном и заполнение их внутренних объемов воздухом при атмосферном давлении. Это осуществляют путем герметичного закрытия входного отверстия впускного клапана подвижной частью впускного клапана. Доставляют камеру в интервал обработки. Освобождают по команде с поверхности подвижную часть впускного клапана и перемещают его вверх по камере до удара в перемычку. Заполняют камеру скважинной жидкостью через входное отверстие впускного клапана и радиальные отверстия перемычки. Воздействуют на обрабатываемый пласт знакопеременными давлениями, которые создают при открытии камеры за счет разницы давлений в депрессионной камере и скважине и при падении столба жидкости. После проведения воздействия удаляют из интервала продуктивного пласта часть скважинной жидкости с поступившими в нее при депрессии из призабойной зоны кольматирующими элементами. Согласно изобретению выбирают скорость заполнения депрессионной камеры скважинной жидкостью с условием обеспечения максимальной крутизны переднего фронта депрессионной воронки на графике измерения давления в скважине и сохранения массовой составляющей столба жидкости, находящейся выше устройства. Обеспечивают увеличение скорости заполнения камеры скважинной жидкостью путем снижения сопротивления ее входящему потоку и исключения турбулентных завихрений в радиальных отверстиях в перемычке. Обеспечивают ускорение открытия-закрытия входного отверстия впускного клапана за счет снижения веса подвижной части впускного клапана. Устройство включает депрессионную камеру со стравливающим клапаном и впускной клапан депрессионной камеры, внутренние объемы которых сообщены. Впускной клапан депрессионной камеры включает корпус, перемычку с центральным и радиальными отверстиями и подвижную часть впускного клапана с уплотнением. Подвижная часть впускного клапана выполнена с внутренней полостью и имеет в стенках отверстия. Ее внутренняя полость закрыта сверху гайкой с отверстиями в стенках. Во внутренней полости подвижной части впускного клапана размещен своим большим диаметром боек с возможностью осевого перемещения и вхождения меньшим диаметром в отверстие гайки и центральное отверстие перемычки. Имеется приспособление для осуществления этого перемещения. В отверстиях стенок подвижной части впускного клапана размещены сухарики, опирающиеся в исходном положении с одной стороны на пологие упоры корпуса впускного клапана и с другой стороны - на больший диаметр бойка. В отверстиях стенок гайки и отверстии, выполненном в малом диаметре бойка, размещен штифт. Соотношение площади радиальных отверстий в перемычке к площади входного отверстия впускного клапана составляет 1÷1,5 при площади входного отверстия впускного клапана не менее 12 см². 2 с. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ обработки призабойной зоны скважин и устройство для его осуществления предназначены для обработки продуктивных пластов действующих добывающих и нагнетательных скважин, вывода скважин из бездействия и консервации, освоения скважин, вызова притока из нефтяного пласта разведочных скважин, очистки забоя скважины от механических осадков и др.

Известно устройство для обработки призабойной зоны пласта методом имплозии, содержащее верхнюю головку со стравливающими отверстиями, герметизируемыми прокладками, корпус, сменный штуцер, где в качестве перекрывающего элемента используется стеклянная пробка с электродетонатором и взрывчатым веществом [1]. Разгерметизация корпуса осуществляется в результате разрушения стеклянной пробки при взрыве взрывчатого вещества.

Недостатком этого устройства является повышенная опасность проведения работы на скважине, связанная с применением электродетонатора и взрывчатого вещества. Использование в качестве перекрывающего элемента стеклянной пробки может привести к несанкционированному срабатыванию устройства.

Известно устройство для обработки призабойной зоны пласта методом имплозии, содержащее трубчатую имплозионную камеру с перекрывающим механизмом в виде плунжера с пробкой и мембраной [2]. В результате повышения гидростатического давления столба скважинной жидкости при нагнетании жидкости на устье скважины происходит разгерметизация имплозионной камеры за счет разрушения мембраны. Недостатком устройства является то, что процесс является неконтролируемым, т.к. невозможно подобрать необходимую толщину мембраны для различных интервалов залегания продуктивного пласта скважин.

Известно устройство для очистки скважин методом имплозии [3], состоящее из имплозионной камеры с геофизическим наголовником. Имплозионная камера снабжена в верхней части подвешенной на разрушаемом элементе грузоштангой, а в нижней - ступенчатым штоком, скобой, центрирующей втулкой и стаканом с кулачками, при этом ступенчатый шток прикреплен к центрирующей втулке с возможностью взаимодействия с грузоштангой. Кроме того, ступенчатый шток прикреплен к центрирующей втулке с помощью срезных штифтов.

Данное устройство доказало свою работоспособность. Недостатком его является то, что открытие камеры осуществляется недостаточно быстро, чтобы обеспечить мощное воздействие на призабойную зону пласта. Кроме того, бывают аварийные ситуации на скважине с обрывом прибора в скважине и разрушением устройства, особенно в глубоких скважинах, где разница давлений в интервале обрабатываемого пласта и атмосферном давлении при открытии камеры большая и, хотя устройство изготовлено из металла, отдельные детали устройства должны выдерживать большую динамическую нагрузку.

Известен способ перфорации и обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления [4], который включает перфорацию скважины корпусным кумулятивным перфоратором и имплозионное воздействие на призабойную зону скважины непосредственно в момент окончания перфорации скважины с отбором скважинной жидкости в имплозионную камеру напротив сформированных при перфорации отверстий.

Известен способ перфорации и обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления [5], по которому после выполнения операций по предыдущему способу и после заполнения корпуса перфоратора жидкостью запускают термогазогенератор, при горении топлива которого выделяется газ с повышенной температурой, который выдавливает заглушки из отверстий решетки, закрепленной в соединительном узле термогазогенератора и перфоратора, выдавливает жидкость из корпуса перфоратора и горячей струей по перфорационным каналам воздействует направленно на перфорационные каналы в пласте. Время работы термогазогенератора и характеристики заряда выбирают так, чтобы обеспечить нагрев скважинной жидкости в перфорационных каналах в пласте и возле перфоратора так, чтобы обеспечить фазовый переход перегретой жидкости, который происходит в момент создания глубокой депрессии, созданной с помощью имплозионной воздушной камеры с управляемым клапаном для изоляции камеры от окружающей среды. Происходит фазовый врыв жидкости. Освобожденная энергия воздействует на каналы в пласте и трещины между ними, увеличивая и создавая новые направленные трещины. Данный способ эффективен, но применение газогенератора усложняет его проведение.

В качестве наиболее близкого аналога принят способ обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления [6]. Изобретение включает сборку депрессионной камеры с впускным клапаном и заполнение их внутренних объемов воздухом при атмосферном давлении путем герметичного закрытия входного отверстия впускного клапана подвижной частью впускного клапана. Депрессионную камеру на геофизическом кабеле доставляют в интервал обработки. По команде с поверхности осуществляют освобождение подвижной части впускного клапана и перемещение его вверх по камере до удара в перемычку. Входное отверстие впускного клапана открывается. Скважинная жидкость поступает через входное отверстие впускного клапана, обтекает подвижную часть впускного клапана и через радиальные отверстия перемычки заполняет депрессионную камеру. При быстром открытии камеры, за счет разницы давлений в депрессионной камере и в скважине, создается резкое падение давления в скважине. После этого столб скважинной жидкости падает, что отмечается на графиках измерения давления в скважине резким повышением давления. Колебательные знакопеременные давления воздействуют на призабойную зону пласта. После проведения воздействия удаляют из интервала продуктивного пласта часть скважинной жидкости с поступившими в нее при депрессии из призабойной зоны кольматирующими элементами. Устройство для осуществления способа включает депрессионную камеру со стравливающим клапаном и впускной клапан депрессионной камеры. Внутренние объемы депрессионной камеры и впускного клапана сообщены. Впускной клапан депрессионной камеры включает корпус, в котором закрепляется перемычка с центральным отверстием и радиальными отверстиями и подвижная часть впускного клапана с уплотнением. Подвижная часть впускного клапана выполнена с внутренней полостью и имеет в стенках отверстия, в которые входят сухарики. Внутренняя полость подвижной части впускного клапана закрыта сверху гайкой с отверстиями в стенках. Во внутренней полости подвижной части впускного клапана размещен своим большим диаметром боек. Боек выполнен с возможностью осевого перемещения и вхождения меньшим диаметром в отверстие гайки и центральное отверстие перемычки. Имеется приспособление для осуществления перемещения бойка. В отверстиях стенок подвижной части впускного клапана размещены сухарики, опирающиеся в исходном положении с одной стороны на пологие упоры корпуса впускного клапана и с другой стороны - на больший диаметр бойка. В отверстиях стенок гайки и отверстии, выполненном в малом диаметре бойка, помещен штифт.

Недостатком прототипа является то, что скорость заполнения депрессионной камеры недостаточна, что снижает эффективность воздействия на пласт. Это связано с тем, что перемычка выполняется в виде отдельной детали и затем закрепляется в корпусе впускного клапана. При срабатывании клапана данная деталь должна выдерживать значительные динамические нагрузки, вызванные ударом подвижной части впускного клапана. Динамические нагрузки возрастают с ростом давления в скважине и увеличением веса подвижной части впускного клапана. Для обеспечения необходимого запаса прочности перемычки приходится ограничивать размер радиальных отверстий, что приводит к уменьшению их общей площади и, следовательно, пропускной способности впускного клапана. При прохождении скважинной жидкости через отверстия с малой площадью возникают значительные сопротивления ее потоку. Уменьшение скорости потока приводит к увеличению времени заполнения депрессионной камеры и, соответственно, снижению эффективности депрессионного воздействия на призабойную зону пласта. Также снижает эффективность устройства малая площадь входного отверстия впускного клапана. Однако увеличение площади этого отверстия без увеличения площади радиальных отверстий в перемычке не дает должного эффекта. Это связано с тем, что скважинная жидкость, имеющая большую скорость после входного отверстия, порождает турбулентные завихрения в радиальных отверстиях в перемычке, что в свою очередь еще больше повышает сопротивление потоку скважинной жидкости. Кроме того, после создания депрессии столб скважинной жидкости падает и в скважине создается импульс повышенного давления. При недостаточной скорости заполнения депрессионной камеры массовая составляющая столба жидкости не сохраняется и столб скважинной жидкости падает частями, что приводит к незначительным колебаниям давления в скважине и потере энергии воздействия на пласт.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности обработки прискважинной зоны пласта за счет более интенсивного воздействия на пласт и снижения аварийности при проведении работ.

Необходимый технический результат достигается тем, что способ обработки призабойной зоны скважины, включающий сборку депрессионной камеры с впускным клапаном и заполнение их внутренних объемов воздухом при атмосферном давлении путем герметичного закрытия входного отверстия впускного клапана подвижной частью впускного клапана, доставку камеры в интервал обработки, освобождение по команде с поверхности подвижной части впускного клапана и перемещение его вверх по камере до удара в перемычку, заполнение камеры скважинной жидкостью через входное отверстие впускного клапана и радиальные отверстия перемычки и воздействие на обрабатываемый пласт знакопеременных давлений, которые создаются при открытии камеры за счет разницы давлений в депрессионной камере и скважине и при падении столба жидкости, а после проведения воздействия удаляют из интервала продуктивного пласта часть скважинной жидкости с поступившими в нее при депрессии из призабойной зоны кольматирующими элементами, согласно изобретению выбирают скорость заполнения депрессионной камеры скважинной жидкостью с условием обеспечения максимальной крутизны переднего фронта депрессионной воронки на графике измерения давления в скважине и сохранения массовой составляющей столба жидкости, находящейся выше устройства, обеспечивают увеличение скорости заполнения камеры скважинной жидкостью путем снижения сопротивления ее входящему потоку и исключения турбулентных завихрений в радиальных отверстиях в перемычке, обеспечивают ускорение открытия - закрытия входного отверстия впускного клапана за счет снижения веса подвижной части впускного клапана.

Кроме того, для увеличения скорости заполнения камеры оптимально организуют входящий поток скважинной жидкости при обтекании его вокруг подвижной части впускного клапана, разделяя его на три равные части.

Кроме того, при проведении воздействия в скважинах с большим углом наклона либо горизонтальных скважинах для открытия впускного клапана используют пружинный ударный механизм.

Кроме того, до проведения воздействия на пласт осуществляют перфорацию скважины корпусным кумулятивным перфоратором и осуществляют имплозионное воздействие на призабойную зону скважины непосредственно в момент окончания перфорации.

Кроме того, оценивают характер работы устройства, эффект воздействия на пласт, необходимость проведения дополнительного воздействия на пласт, по данным непрерывной регистрации по глубине физических параметров в скважине, например давления и температуры в режиме каротажа, проводят в процессе воздействия на пласт регистрацию параметров в энергонезависимую память, находящуюся в блоке контроля и регистрации параметров в скважине и по команде с поверхности по каротажному кабелю передают на поверхность, осуществляют дальнейший анализ быстропротекающих процессов для выбора оптимальных параметров воздействия для данного объекта, а привязку устройства в скважине по глубине осуществляют с помощью локатора муфт.

Кроме того, в призабойной части скважины разрывают пласт энергией фазового взрыва, для этого устанавливают депрессионную камеру на таком расстоянии от перфорационных отверстий, чтобы перепад давления при открытии депрессионной камеры воздействовал на метастабильную жидкость, находящуюся в призабойной зоне, или и в то же время не извлек ее из пласта, в результате чего происходит взрывное кипение перегретой метастабильной жидкой фазы и воздействие освобожденной энергии на перфорационные каналы в пласте и трещины между ними, увеличивая и создавая новые направленные трещины, а объем депрессионной камеры выбирается в зависимости от ожидаемой мощности фазового взрыва.

Кроме того, наличие в призабойной зоне метастабильной жидкости обеспечивается большой глубиной и температурой в скважине.

Кроме того, до проведения воздействия призабойную часть скважины заполняют веществами с низкой критической температурой, например легкой нефтью, или химическими реагентами, или сухим льдом, или металлами, при этом в зависимости от давления и температуры в призабойной зоне скважины подбирается вещество в количестве, достаточном для обеспечения условий создания фазового взрыва необходимой мощности.

Устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее депрессионную камеру со стравливающим клапаном и впускной клапан депрессионной камеры, внутренние объемы которых сообщены, впускной клапан депрессионной камеры, включающий корпус, перемычку с центральным и радиальными отверстиями и подвижную часть впускного клапана с уплотнением, при этом подвижная часть впускного клапана выполнена с внутренней полостью и имеет в стенках отверстия, ее внутренняя полость закрыта сверху гайкой с отверстиями в стенках, во внутренней полости подвижной части впускного клапана размещен своим большим диаметром боек с возможностью осевого перемещения и вхождения меньшим диаметром в отверстие гайки и центральное отверстие перемычки, приспособление для осуществления этого перемещения, в отверстиях стенок подвижной части впускного клапана размещены сухарики, опирающиеся в исходном положении с одной стороны на пологие упоры корпуса впускного клапана и с другой стороны - на больший диаметр бойка, в отверстиях стенок гайки и отверстии, выполненном в малом диаметре бойка, размещен штифт, согласно изобретению отношение площади радиальных отверстий в перемычке к площади входного отверстия впускного клапана находится в интервале 1-1,5 при площади входного отверстия впускного клапана не менее 12 квадратных сантиметров.

Кроме того, корпус клапана с перемычкой изготовлен из целого куска металла, например из легированной термоупрочняемой стали.

Кроме того, подвижная часть впускного клапана изготовлена из материала с малым удельным весом и высокой прочностью, например двухфазного титанового сплава.

Кроме того, сечение подвижной части впускного клапана в самой широкой части имеет форму фигуры, образующейся при пересечении равностороннего треугольника и круга, причем диаметр круга меньше стороны треугольника, а в перемычке имеются три радиальных отверстия.

Кроме того, стороны треугольника вогнуты внутрь.

Кроме того, для перемещения бойка применяется пружинный ударный механизм, жестко закрепленный на перемычке со стороны депрессионной камеры.

Кроме того, устройство снабжено кумулятивным перфоратором, соединенным с имплозионной камерой, внутренние полости которых соединены, установленными ниже депрессионной камеры с впускным клапаном, а верхний конец кумулятивного перфоратора соединен с нижним концом депрессионной камеры посредством переходника со сквозными отверстиями.

Кроме того, по оси бойка проходит сквозное отверстие, а подвижная часть впускного клапана заканчивается тоководом.

Кроме того, устройство снабжено блоком контроля и регистрации параметров в скважине, например давления, температуры, соединенным с наземной аппаратурой каротажным кабелем, включающим блок датчиков и электронный модуль, включающий локатор муфт, аналого-цифровые преобразователи, оперативное запоминающее устройство, блок питания и блок передачи информации на поверхность.

Для наглядности осуществления способа на фиг. 1 изображены графики изменения давления в скважине и в депрессионной камере при воздействии на пласт.

А) График изменения давления в депрессионной камере при воздействии на пласт известными методами (1) и при использовании предложенного способа (2).

Б) График изменения давления в скважине при воздействии на пласт при использовании предложенного способа.

В) График изменения давления в скважине при использовании воздействия на пласт известными методами.

Для наглядности устройство для обработки призабойной зоны скважины представлено на фигуре 2. Устройство включает: депрессионную камеру 1 со стравливающим клапаном; впускной клапан 2 депрессионной камеры; перемычку 3; центральное отверстие 4 в перемычке; радиальные отверстия 5 в перемычке; входное отверстие 6 впускного клапана 2 депрессионной камеры; подвижную часть 7 впускного клапана 2 депрессионной камеры; уплотнения 8; внутреннюю полость 9 подвижной части 7 впускного клапана депрессионной камеры; гайку 10; больший диаметр 11 бойка; боек 12; меньший диаметр 13 бойка; отверстия 14 в корпусе гайки 10; отверстие 15 в меньшем диаметре 13 бойка 12; сухарики 16.

На фигуре 3 представлено сечение широкой части подвижной части впускного клапана, вариант 1.

На фигуре 4 представлено сечение широкой части подвижной части впускного клапана, вариант 2.

На фигуре 5 представлен пружинный ударный механизм.

1 - депрессионная камера со стравливающим клапаном; 2 - впускной клапан депрессионной камеры; 3 - перемычка; 4 - радиальные отверстия в перемычке, 5 - меньший диаметр бойка переменного сечения; 6 - корпус пружинного механизма; 7 - ударник; 8 - направляющий штифт ударника; 9 - рабочая пружина; 10 - направляющие окошки корпуса; 11 - высокопрочная легкоплавкая нить; 12 - кронштейн с нагревательной спиралью.

Сущность изобретения заключается в следующем. До спуска устройства в скважину осуществляют сборку депрессионной камеры с впускным клапаном. Герметично закрывают входное отверстие впускного клапана подвижной частью впускного клапана, чтобы в скважине во внутренние объемы депрессионной камеры с впускным клапаном несанкционировано, не попала скважинная жидкость. Т.е. после сборки внутренние объемы депрессионной камеры и впускного клапана заполнены воздухом при атмосферном давлении, что отмечено на начальном отрезке графиков изменения давления в депрессионной камере на фиг.1 а. Спускают устройство в скважину на каротажном кабеле или на трубах и доставляют в интервал обработки. По команде с поверхности подвижная часть впускного клапана освобождается, под действием давления в скважине перемещается вверх по камере до удара в перемычку и открывает входное отверстие впускного клапана. Скважинная жидкость через входное отверстие впускного клапана, обтекая подвижную часть впускного клапана, через радиальные отверстия в перемычке поступает во внутреннюю полость депрессионной камеры. При условии, что глубина залегания обрабатываемого пласта достаточная, чтобы обеспечить перепад давления в депрессионной камере и в интервале обрабатываемого пласта и быстром открытии депрессионной камеры, скважинная жидкость мгновенно заполняет депрессионную камеру и создается депрессия в скважине. На графике измерения давлений это отмечается резким снижением давления - передний фронт депрессионной воронки (б в фиг.1). В этот момент на пласт действует импульс силы, направленный из пласта в скважину, под действием которой происходит миграция кольматирующих элементов, заполняющих поры коллектора, из пласта в скважину и в депрессионную камеру. По мере наполнения депрессионной камеры скважинной жидкостью давления в ней и в скважине уравниваются (а, б, фиг.1) и перекрывается входное отверстие впускного клапана. После этого столб скважинной жидкости падает. Фаза ударной депрессии сменяется фазой ударного повышения давления в обрабатываемом пласте, что отмечено на графиках б фиг.1. Чем больше разность давлений, тем большее воздействие оказывается на пласт. Возбуждаются колебательные движения в столбе жидкости в скважине. После того, как колебательные движения в столбе скважинной жидкости затухнут, камеру со скважинной жидкостью и кольматирующими элементами поднимают на поверхность.

Если скорость открытия депрессионной камеры и заполнения ее скважинной жидкостью недостаточна, то перепад значений знакопеременных давлений будет незначительным, а следовательно, и эффект от воздействия снизится. Кроме того, судя по графикам, наибольшее воздействие на пласт оказывается импульсом давления, отмеченным на графике измерения давления в скважине передним фронтом депрессионной воронки. Для создания большего эффекта на пласт необходимо, чтобы форма переднего фронта депрессионной воронки была крутая, а не пологая. Выбирают скорость заполнения депрессионной камеры скважинной жидкостью с условием обеспечения максимальной крутизны переднего фронта депрессионной воронки на графике измерения давления в скважине. Если процесс заполнения депрессионной камеры затянут, то столб скважинной жидкости будет обрываться и падать частями, что отражено на графике фиг.1 с незначительными знакопеременными перепадами давления до падения основного столба жидкости, отмеченного максимальным значением давления (б в фиг.1). То есть энергия, которая бы могла пойти на очистку пласта, тратится на разрыв столба жидкости. Поэтому выбирают скорость заполнения депрессионной камеры скважинной жидкостью, обеспечивающей сохранение массовой составляющей столба жидкости, находящейся выше устройства. Обеспечивают увеличение скорости заполнения камеры скважинной жидкостью путем снижения сопротивления ее входящему потоку и исключения турбулентных завихрений в радиальных отверстиях в перемычке. На скорость заполнения депрессионной камеры скважинной жидкостью и сохранение массовой составляющей столба жидкости влияет и скорость открытия входного отверстия впускного клапана депрессионной камеры, и скорость его закрытия после заполнения, т. к. при выравнивании давления в депрессионной камере и в скважине на скорость закрытия клапана влияет его вес.

При оптимальной организации входящего потока скважинной жидкости за счет разделения его на три равные части увеличивается скорость заполнения камеры.

При проведении воздействия в скважинах с большим углом наклона, либо горизонтальных, для открытия впускного клапана используют пружинный ударный механизм.

Если призабойная зона пласта на большом расстоянии от скважины забита кольматирующим материалом, то, чтобы усилить эффект воздействия на пласт до проведения воздействия на пласт с помощью депрессионной камеры, осуществляют перфорацию скважины корпусным коммулятивным перфоратором и осуществляют имплозионное воздействие на призабойную зону скважины непосредственно в момент окончания перфорации.

Для создания в призабойной зоне продуктивного пласта трещин осуществляют разрыв пласта энергией фазового взрыва. Для этого устанавливают депрессионную камеру на таком расстоянии от перфорационных отверстий, чтобы перепад давления при открытии депрессионной камеры воздействовал на метастабильную жидкость, находящуюся в призабойной зоне, или и в то же время не извлек ее из пласта. По сигналу с поверхности создается кратковременная глубокая депрессия, которая создает условия для фазового перехода перегретой жидкости, при котором происходит взрыв жидкости. Объем депрессионной камеры и скорость ее открытия выбирается в зависимости от ожидаемой мощности фазового взрыва. В результате взрывного кипения перегретой метастабильной жидкой фазы и осуществляется воздействие освобожденной энергии на перфорационные каналы в пласте и трещины между ними.

В отличие от известного способа, когда наличие в призабойной зоне метастабильной жидкости обеспечивается импульсным нагревом скважинной жидкости за счет работы быстрогорящего термогазогенератора и кратковременной глубокой депрессии, то на больших глубинах и при большой температуре в скважине при создании кратковременной глубокой депрессии создаются условия для создания фазового взрыва.

Для использования энергии фазового взрыва в призабойной зоне продуктивного пласта без применения термогазогенератора в нефтяных скважинах с обычными условиями до проведения воздействия призабойную часть скважины заполняют метастабильной жидкостью и создают условия для фазового взрыва. Для этого подходят вещества с низкой критической температурой: легкая нефть, химические реагенты, сухой лед, металлы. В зависимости от давления и температуры в призабойной зоне скважины подбирается вещество в количестве, достаточном для обеспечения условий создания фазового взрыва необходимой мощности.

Устройство включает в себя (см. фиг.2) депрессионную камеру 1 со стравливающим клапаном, расположенным в верхней части камеры, и впускной клапан депрессионной камеры 2. В качестве депрессионной камеры используют одну или несколько свинченных насосно-компрессорных труб. Внутренние объемы камеры и клапана сообщены друг с другом. Внутри корпуса впускного клапана депрессионной камеры 2 имеется перемычка 3 с центральным отверстием 4 и радиальными отверстиями 5. В нижней части впускного клапана депрессионной камеры 2 входное отверстие 6 в исходном состоянии закрыто подвижной частью впускного клапана 7 с уплотнениями 8, которые не позволяют скважинной жидкости проникать внутрь устройства. Подвижная часть впускного клапана выполнена с внутренней полостью 9, закрытой гайкой 10. Внутри полости 9 подвижной части впускного клапана 7 помещен больший диаметр 11 бойка 12. Меньший диаметр 13 бойка 12 помещен в отверстие гайки 10 и центральное отверстие 4 перемычки 3. Боек 12 и внутренняя полость 9 подвижной части впускного клапана 7 выполнены с размерами, дающими возможность осевого перемещения бойка. В отверстиях 14, выполненных в корпусе гайки 10, и в отверстии 15, выполненном в меньшем диаметре 13 бойка 12, расположенных на одной оси, помещен штифт, который удерживает боек в исходном положении. В стенках корпуса подвижной части впускного клапана 7 выполнены отверстия, в которых размещены с возможностью перемещения внутрь полости 9 сухарики 16. Сухарики 16 опираются с одной стороны на пологие упоры корпуса впускного клапана депрессионной камеры 2, а с другой стороны - на больший диаметр 11 бойка 12.

Для успешного проведения имплозионной обработки необходимо обеспечить максимально быстрое заполнение депрессионной камеры скважинной жидкостью, что может быть обеспечено снижением сопротивления потоку жидкости во впускном клапане. При этом необходимо принимать во внимание, что площадь радиальных отверстий в перемычке корпуса впускного клапана должна быть не меньше площади входного отверстия. В противном случае в зоне перемычки возникают мощные турбулентные завихрения, существенно повышающие сопротивление потоку жидкости. Вместе с тем ограничивающим фактором для увеличения площади радиальных отверстий является необходимый запас прочности перемычки, которая должна выдержать удар подвижной части впускного клапана при его срабатывании. Сила этого удара возрастает с увеличением давления в скважине и веса самой подвижной части. Уменьшение веса подвижной части впускного клапана за счет уменьшения ее размеров недопустимо, т.к. в этом случае уменьшается площадь входного отверстия впускного клапана, что в свою очередь повышает сопротивление потоку жидкости. Следовательно, при разработке конструкции впускного клапана необходимо добиться оптимального соотношения площадей входного отверстия и радиальных отверстий в перемычке и наряду с этим - необходимого запаса прочности перемычки при достаточной величине входного отверстия.

Площади входного отверстия в подвижной части клапана и радиальных отверстий в перемычке подбирались экспериментально. При площади входного отверстия менее 12 квадратных сантиметров его пропускная способность не обеспечивает необходимой скорости заполнения депрессионной камеры скважинной жидкостью. Увеличение диаметра входного отверстия снижает сопротивление потоку жидкости, но его размер ограничен конструктивными особенностями впускного клапана. Как отмечалось ранее, подвижная часть впускного клапана выполняет двойную функцию. Вначале она обеспечивает за счет быстрого открытия создание депрессионного воздействия, а затем, закрывая входное отверстие, удерживает внутри депрессионной камеры кольматационные отложения. Для того, чтобы входное отверстие после срабатывания клапана закрывалось, в корпусе клапана имеется перемычка, ограничивающая перемещение подвижной части впускного клапана. Таким образом, при заполнении депрессионной камеры жидкость проходит через входное отверстие клапана и через радиальные отверстия перемычки. В момент открытия клапана жидкость имеет сверхзвуковую скорость и для того, чтобы уменьшить сопротивление при ее прохождении через отверстия перемычки, их площадь надо подбирать в зависимости от площади входного отверстия. Экспериментально установлено, что это отношение площади радиальных отверстий в перемычке к площади входного отверстия не должно быть меньше единицы. Опытным путем было определено, что это условие будет гарантированно выполняться, если отношение площади радиальных отверстий в перемычке к площади входного отверстия впускного клапана находится в интервале 1-1,5 при площади входного отверстия впускного клапана не менее 12 квадратных сантиметров.

Однако при этом перемычка должна иметь определенный запас прочности и не разрушиться при ударе об нее подвижной части впускного клапана. Роль перемычки заключается в том, что она удерживает подвижную часть клапана на расстоянии от входного отверстия, обеспечивающем возможность быстрого закрытия входного отверстия при выравнивании давления в скважине и в депрессионной камере, и при этом подвижная часть впускного клапана не должна создавать заметного сопротивления потоку скважинной жидкости. В прототипе перемычка является отдельной деталью, которая крепится в корпусе клапана сваркой. Это решение имеет преимущество с технологической точки зрения. Однако для получения необходимого запаса прочности сварного соединения сварку необходимо проводить по всему внешнему периметру перемычки, при этом обод должен иметь определенную толщину. Стенки между ободом и центральным отверстием перемычки тоже должны иметь определенную толщину. Все это ограничивает площадь радиальных отверстий в перемычке. Устранить этот недостаток можно, если корпус клапана с перемычкой изготовить из целого куска металла и при этом использовать легированную термоупрочняемую сталь. Как известно, прочность сварного соединения всегда ниже прочности основного металла. Следовательно, в этом случае мы можем существенно увеличить площадь радиальных отверстий в перемычке. Как отмечалось ранее, значительный эффект дает уменьшение массы подвижной части впускного клапана. Добиться этого без уменьшения размеров подвижной части и, следовательно, площади входного отверстия можно за счет использования материала с малым удельным весом и высокой прочностью. К таким материалам относятся двухфазные титановые сплавы.

Кроме соотношения площадей входного отверстия впускного клапана и радиальных отверстий перемычки, важное значение имеет форма подвижной части впускного клапана. Место расположения сухариков является самой широкой частью впускного клапана. При срабатывании клапана в этой зоне также будет возникать сопротивление потоку скважинной жидкости. Вместе с тем можно подобрать такую форму в сечении в широкой части, перпендикулярном оси впускного клапана, которая бы обеспечивала снижение сопротивления потоку жидкости за счет оптимальной организации этого потока. При получении фигуры, образующейся при пересечении равностороннего треугольника и круга, причем диаметр круга меньше стороны треугольника, входящий поток скважинной жидкости разделяется на три равные части (см. фиг.3). При этом в перемычке должно быть три радиальных отверстия, в которые направляются разделенные части потока. Значительное уменьшение размеров широкой части подвижной части впускного клапана недопустимо, т.к. она может разрушиться в местах расположения отверстий для сухариков. Еще большего эффекта можно достигнуть, если стороны треугольника будут вогнуты внутрь, при условии необходимого запаса прочности (фиг.4).

В зависимости от угла наклона скважины для срабатывания клапана можно использовать различные варианты воздействия на боек. В частности, при использовании устройства в вертикальной скважине или скважине с малым углом наклона можно использовать следующее приспособление: в верхней части депрессионной камеры 1 помещен с возможностью осевого перемещения ударник, удерживаемый от падения тягой, выполненной из легкоплавкого сгораемого материала, на тяге размещена нагревательная спираль, соединенная с электрическими проводами.

При использовании устройства в скважинах с большим наклоном или в горизонтальных скважинах применяется пружинный ударный механизм, обеспечивающий перемещение бойка, а также закрытие клапана после срабатывания. Пружинный ударный механизм (фиг. 5) жестко закреплен на перемычке 3, находящейся во впускном клапане 2 со стороны депрессионной камеры 1 так, чтобы не создавать препятствие потоку скважинной жидкости, заполняющей депрессионную камеру через радиальные отверстия перемычки 4. Меньший диаметр бойка переменного сечения 5 выходит внутрь корпуса ударного механизма. В исходном положении ударник 7 поднят наверх и зафиксирован через штифт 8 высокопрочной легкоплавкой нитью вверх, фиксируют высокопрочной легкоплавкой нитью 11 на кронштейне 12, при этом пружина 9 находится в растянутом состоянии. На кронштейне 12 размещена нагревательная спираль.

Устройство может быть снабжено кумулятивным перфоратором, соединенным нижним концом с имплозионной камерой. Внутренние полости перфоратора и имплозионной камеры соединены. Верхний конец перфоратора через переходник со сквозными отверстиями соединен с впускным клапаном депрессионной камеры.

Устройство может быть снабжено блоком контроля и регистрации параметров в скважине, например давления, температуры. В него входит блок датчиков и электронный модуль. В состав электронного модуля включен локатор муфт, аналого-цифровые преобразователи, оперативное запоминающее устройство, блок питания и блок передачи информации на поверхность.

Устройство работает следующим образом. По команде с поверхности ударник освобождается и падает вниз по депрессионной камере на боек 12 (см. фиг.2). Под воздействием удара меньший диаметр 13 бойка 12 срезает штифт, перемещается в отверстии гайки 9 и центральном отверстии 4 перемычки 3 и внутренней полости 9 подвижной части впускного клапана 7. Сухарики 16 оказываются напротив меньшего диаметра 13 бойка 12. Под действием радиальной силы, возникающей на пологих упорах корпуса депрессионной камеры 2, сухарики сдвигаются к центру и освобождают подвижную часть впускного клапана 7. Под действием давления, воздействующего снизу, подвижная часть впускного клапана 7 перемещается вверх и останавливается, ударяясь в перемычку. Уплотнение 9 выходит из контакта с корпусом впускного клапана депрессионной части 2 и скважинная жидкость поступает через отверстие 6 мимо подвижной части впускного клапана 7, через радиальные отверстия 5 перемычки 3 внутрь депрессионной камеры 1. После заполнения депрессионной камеры 1 скважинной жидкостью и выравнивания давления подвижная часть впускного клапана 7 опускается под действием своего веса, веса ударника и бойка и перекрывает проход жидкости. Устройство извлекается из скважины. При подъеме устройства и превышении давления внутри депрессионной камеры 1 над давлением в скважине давление в камере выравнивается с помощью стравливающего клапана.

При использовании устройства в наклонных скважинах для освобождения бойка используется пружинный ударный механизм (фиг.5). В исходном положении через штифт ударник 7 поднимается вверх, вытягивая рабочую пружину 9, и фиксируется в этом положении нитью 11, перетянутой через кронштейн 12. Для срабатывания механизма по команде с поверхности на спираль, находящуюся на кронштейне 12, подается напряжение, после чего нагретая спираль пережигает нить 11. Ударник 7 освобождается и под действием пружины 9 с большой скоростью бьет по бойку 5. Вес ударника подбирается с таким условием, чтобы момент инерции был достаточен для смешения бойка вниз и освобождения сухариков (16 на фиг.2).

При использовании депрессионной камеры с корпусным кумулятивным перфоратором и имплозионной камерой устройство спускают в скважину и устанавливают перфоратор против интервала пласта, подвергаемого обработке. По команде оператора импульс тока, переданный по каротажному кабелю и проводам, которые пропущены через сквозное отверстие, проходящее по оси бойка впускного клапана депрессионной камеры и токовод, установленный в нижней части подвижной части впускного клапана, запускает перфоратор. Кумулятивные заряды формируют перфорационные отверстия в пласте. В момент окончания перфорации осуществляют имплозионное воздействие на призабойную зону скважины с отбором скважинной жидкости в имплозионную камеру. А после этого осуществляют воздействие на пласт с помощью депрессионной камеры.

При наличии в скважинном устройстве блока контроля и регистрации параметров в скважине при спуске устройства в скважину ведется непрерывная регистрация по глубине параметров в режиме каротажа. В электронном модуле аналого-цифровые преобразователи преобразуют параметры от датчиков в кодоимпульсные сигналы и по каротажному кабелю они передаются на поверхность. Для привязки устройства по глубине используется локатор муфт. Во время проведения воздействия на пласт, чтобы зарегистрировать быстропротекающие процессы, осуществляется запись информации в оперативное запоминающее устройство и по команде с поверхности по каротажному кабелю передается на поверхность. Считывание информации производится через телеметрическую систему аппаратуры без разборки скважинной части прибора. Кроме того, данные сохраняются в оперативном запоминающем устройстве в течение длительного времени и могут быть считаны с него во время подъема или после подъема устройства на поверхность.

Программное обеспечение персонального компьютера обеспечивает прием информации от аппаратуры, запись ее в файл, отображение информации в графическом режиме. По зарегистрированным данным оценивают характер работы устройства, эффект воздействия на пласт, необходимость проведения дополнительного воздействия на пласт и осуществляют дальнейший анализ быстропротекающих процессов для определения для данного объекта оптимальных параметров воздействия.

Применение предлагаемого способа и устройства позволит произвести по сравнению с известными методами более интенсивное воздействие на пласт, повысить дебит нефти в сложных условиях, когда известные методы не дают эффекта. Кроме того, повышается безопасность проведения работ, снижается вероятность аварийных ситуаций. При использовании блока контроля и регистрации параметров в скважине повышается качество проведения работ по воздействию на пласт, процесс воздействия на пласт становится контролируемым. Статистический анализ кривых давления и температуры позволяет выбрать для данного месторождения оптимальные параметры воздействия.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Авторское св. 369247, Кл. Е 21 В 43/16.

2. Авторское свидетельство 912917, Кл. Е 21 В 43/36.

3. Устройство для очистки скважин методом имплозии. Заявка на изобретение 96103965 от 06.03.1996 г. , дата публикации 10.03.1998 г., Е 21 В 37/00. Авторы: Грубов А.И., Хусаинов В.М., Вороновский В.Р. и др.

4. RU 2072421 C1, 27.01.1997.

5. RU 2178065 Cl, E 21 B 43/117, 43/263. Способ перфорации и обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления. Авторы: Падерин М.Г. и др.

6. Способ обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления. Патент 2072423, заявка 96106639/03 от 12.04.96 г., Е 21 В 43/25, 28/00. Авторы: Кузнецов А.И., Иванов А.И., Ганиев Г.Г., Муслимов Р.Х.

Формула изобретения

1. Способ обработки призабойной зоны скважины, включающий сборку депрессионной камеры с впускным клапаном и заполнение их внутренних объемов воздухом при атмосферном давлении, путем герметичного закрытия входного отверстия впускного клапана подвижной частью впускного клапана, доставку камеры в интервал обработки, освобождение, по команде с поверхности, подвижной части впускного клапана и перемещение его вверх по камере до удара в перемычку, заполнение камеры скважинной жидкостью через входное отверстие впускного клапана и радиальные отверстия перемычки, и воздействие на обрабатываемый пласт знакопеременными давлениями, которые создают при открытии камеры за счет разницы давлений в депрессионной камере и скважине, и при падении столба жидкости, а после проведения воздействия, удаляют из интервала продуктивного пласта часть скважинной жидкости с поступившем в нее при депрессии из призабойной зоны кольматирующими элементами, отличающийся тем, что выбирают скорость заполнения депрессионной камеры скважинной жидкостью с условием обеспечения максимальной крутизны переднего фронта депрессионной воронки на графике измерения давления в скважине и сохранения массовой составляющей столба жидкости, находящейся выше устройства, обеспечивают увеличение скорости заполнения камеры скважинной жидкостью, путем снижения сопротивления ее входящему потоку и исключения турбулентных завихрений в радиальных отверстиях в перемычке и обеспечивают ускорение открытия - закрытия входного отверстия впускного клапана за счет снижения веса подвижной части впускного клапана.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что организуют входящий поток скважинной жидкости при обтекании его вокруг подвижной части впускного клапана, разделяя его на три равные части.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при проведении воздействия в скважинах с большим углом наклона, либо горизонтальных скважинах, для открытия впускного клапана используют пружинный ударный механизм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что до проведения воздействия на пласт осуществляют перфорацию скважины корпусным кумулятивным перфоратором и осуществляют имплозионное воздействие на призабойную зону скважины непосредственно в момент окончания перфорации.

5. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что оценивают характер работы устройства, эффект воздействия на пласт, необходимость проведения дополнительного воздействия на пласт, по данным непрерывной регистрации по глубине физических параметров в скважине, например, давления и температуры в режиме каротажа, проводят, в процессе воздействия на пласт, регистрацию параметров по времени в энергонезависимую память, находящуюся в блоке контроля и регистрации параметров в скважине и по команде с поверхности по каротажному кабелю передают на поверхность, осуществляют дальнейший анализ быстропротекающих процессов для выбора для данного объекта оптимальных параметров воздействия, а привязку устройства в скважине по глубине осуществляют с помощью локатора муфт.

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в призабойной части скважины разрывают пласт энергией фазового взрыва, для этого устанавливают депрессионную камеру на таком расстоянии от перфорационных отверстий, чтобы перепад давления при открытии депрессионной камеры воздействовал на метастабильную жидкость, находящуюся в призабойной зоне или и в то же время не извлек ее из пласта, в результате чего осуществляют взрывное кипение перегретой метастабильной жидкой фазы и воздействие освобожденной энергии на перфорационные каналы в пласте и трещины между ними, увеличивая и создавая новые направленные трещины, а объем депрессионной камеры и скорость ее открытия выбирают в зависимости от ожидаемой мощности фазового взрыва.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что наличие в призабойной зоне метастабильной жидкости обеспечивают глубиной и температурой в скважине.

8. Способ по п.6, отличающийся тем, что до проведения воздействия призабойную часть скважины заполняют веществами с низкой критической температурой, например легкой нефтью, или химическими реагентами, или сухим льдом, или металлами, при этом в зависимости от давления и температуры в призабойной зоне скважины, подбирают вещество в количестве, достаточном для обеспечения условий создания фазового взрыва необходимой мощности.

9. Устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее депрессионную камеру со стравливающим клапаном и впускной клапан депрессионной камеры, внутренние объемы которых сообщены, впускной клапан депрессионной камеры, включающий корпус, перемычку с центральным и радиальными отверстиями и подвижную часть впускного клапана с уплотнением, при этом подвижная часть впускного клапана выполнена с внутренней полостью и имеет в стенках отверстия, ее внутренняя полость закрыта сверху гайкой с отверстиями в стенках, во внутренней полости подвижной части впускного клапана размещен своим большим диаметром боек, с возможностью осевого перемещения и вхождения меньшим диаметром в отверстие гайки и центральное отверстие перемычки, приспособление для осуществления этого перемещения, в отверстиях стенок подвижной части впускного клапана размещены сухарики, опирающиеся в исходном положении с одной стороны на пологие упоры корпуса впускного клапана и с другой стороны - на больший диаметр бойка, в отверстиях стенок гайки и отверстии, выполненном в малом диаметре бойка, размещен штифт, отличающееся тем, что соотношение площади радиальных отверстий в перемычке к площади входного отверстия впускного клапана находится в интервале 1-1,5, при площади входного отверстия впускного клапана не менее 12 см².

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что корпус клапана с перемычкой изготовлен из целого куска металла, например из легированной термоупрочняемой стали.

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что подвижная часть впускного клапана изготовлена из материала с малым удельным весом и высокой прочностью, например двухфазного титанового сплава.

12. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что сечение подвижной части впускного клапана в самой широкой части имеет форму фигуры, образующейся при пересечении равностороннего треугольника и круга, причем диаметр круга меньше стороны треугольника, а в перемычке имеются три радиальных отверстия.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что стороны треугольника вогнуты внутрь.

14. Устройство по п.9, отличающееся тем, что для перемещения бойка применяется пружинный ударный механизм, жестко закрепленный на перемычке со стороны депрессионной камеры.

15. Устройство по п.9, отличающееся тем, что оно снабжено кумулятивным перфоратором, соединенным с имплозионной камерой, внутренние полости которых соединены, установленными ниже депрессионной камеры с впускным клапаном, а верхний конец кумулятивного перфоратора соединен с нижним концом депрессионной камеры посредством переходника со сквозными отверстиями.

16. Устройство по п.9 или 15, отличающееся тем, что по оси бойка проходит сквозное отверстие, а подвижная часть впускного клапана заканчивается тоководом.

17. Устройство по одному из пп.1, 15 и 16, отличающееся тем, что оно снабжено блоком контроля и регистрации параметров в скважине, например давления, температуры, соединенным с наземной аппаратурой каротажным кабелем, включающем блок датчиков и электронный модуль, включающий локатор муфт, аналого-цифровые преобразователи, оперативное запоминающее устройство, блок питания и блок передачи информации на поверхность.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5