Устройство для обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважин

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для повышения производительности скважин путем обработки призабойной зоны продуктивного пласта. Устройство для обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважины включает приемную камеру с твердотопливными зарядами и воспламенителем, сгораемую заглушку и воздушную камеру с атмосферным давлением. Приемная камера перфорирована по всей длине отверстиями для истечения продуктов сгорания. Заряд, примыкающий к верхнему торцу приемной камеры, - торцевого горения. Он изготовлен из термостойкого малогазового, медленногорящего состава с высокой температурой продуктов сгорания и высокой калорийностью, с малой зависимостью скорости горения от давления и защищен от горения по боковой поверхности составом, препятствующим горению по этой поверхности, сгораемым совместно с зарядом. Заряд, примыкающий к заглушке, - канальной конструкции, быстросгораемый, изготовлен из термостойкого газогенерирующего состава. Воспламенитель вмонтирован в верхний торец заряда, примыкающего к верхнему торцу приемной камеры. Воздушная камера с атмосферным давлением расположена ниже приемной камеры. Повышается эффективность применения. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при создании устройств для обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважин.

Конструкции устройств для обработки призабойной зоны продуктивного пласта широко известны:

RU 2138630 С1, 29.03.99; RU 2114984 C1, 10.07.98; RU 2072421 C1, 27.01.97;

RU 2075597 C1, 20.03.97; RU 2088751 C1, 27.08.97; RU 2039221 C1, 09.07.95;

Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник под ред. Фридляндера Л.Я., М., Недра, 1990;

Попов А. А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин, М., Недра, 1990;

Попов А.А. Имплозия в процессе нефтедобычи, М., Недра, 1996;

Чазов Г.А., Азаматов В.И., Якимов С.В., Савич А.И. Термогазохимическое воздействие на малодебитные скважины, М., Недра, 1980.

Известно устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее герметичную камеру из металлического корпуса, заполненного воздухом под атмосферным давлением. В нижней части корпус закрыт мембраной, закрепляемой с помощью приемной камеры-ниппеля. Верхний торец корпуса камеры герметизирован заглушкой-переходником, позволяющим произвести спуск устройства в скважину на насосно-компрессорных трубах.

Устройство устанавливается нижней частью напротив обрабатываемого пласта. Затем путем закачки в скважину продавочной жидкости из агрегата на устье скважины создают давление, разрушающее мембрану. Скважинная жидкость мгновенно устремляется внутрь воздушной (имплозионной) камеры с атмосферным давлением, создавая депрессию на забое. Это приводит к интенсивному движению жидкости из пласта в скважину, способствуя очистке призабойной зоны пласта от загрязнений - отложений парафина, смол, твердых частиц и т.д. С другой стороны, после создания имплозии столб скважинной жидкости падает к забою, и образуется гидравлический удар, который способствует расширению имеющихся и образованию новых трещин в призабойной зоне пласта и, в конечном итоге, повышению ее коллекторских свойств (Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин, М, Недра, 1990, с.35-36).

Недостатком устройства является трудность выноса в процессе имплозии закупоривающих поры пласта отложений парафина, смол и асфальтенов, имеющих высокую вязкость и адгезию к поверхности пор породы, что приводит к недостаточному очищению пор пласта в призабойной зоне от загрязнений.

Наиболее близким к изобретению является устройство для обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважин, включающее подсоединенную к кабельной головке воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму и приемную камеру, в полости которой размещен сгораемый твердый композиционный материал, состоящий из двух частей (RU 2138630, кл. Е 21 В 43/25, 43/18), принятое за прототип. Первая часть, обращенная к воздушной камере, сформирована из прочной и с малогазовым выделением при сгорании композиции, имеющей со стороны, обращенной ко второй части, полость, заполненную смесью композиций первой и второй частей. Последняя снаряжена материалом из газогенерирующей при сгорании композиции, на участке расположения которой по боковой поверхности корпуса приемной камеры выполнены предварительно загерметизированные отверстия. Корпус приемной камеры изготовлен из сплошного легкого пластмассового упругопластичного материала, способного разрушаться при сгорании размещенного в нем твердого композиционного материала.

Устройство работает следующим образом. Устройство опускают на кабель-тросе, подсоединенном к кабельной головке на забой скважины, и устанавливают приемную камеру напротив интервала обрабатываемого пласта. С устья скважины через кабель-трос подают электрический импульс на воспламенитель второй части сгораемого твердого композиционного материала - газогенерирующей композиции. После воспламенения и послойного горения газогенерирующей композиции создается избыточное давление. При этом также послойно сгорает и корпус приемной камеры. Нагретые газы создают в области интервала обработки повышенное давление и проникают в поры и трещины продуктивного пласта, расплавляя находящиеся в них парафиновые и асфальтеновые отложения. Газогенерирующая композиция в конце сгорания воспламеняет прочную с малогазовым выделением при сгорании композицию, герметизирующую воздушную камеру. После сгорания прочной с малогазовым выделением композиции происходит разгерметизация воздушной камеры, и в нее устремляется поток скважинной жидкости. За счет потока жидкости из скважины в воздушную камеру в призабойной зоне продуктивного пласта создается резкое снижение давления (имплозия). Загрязнения в виде парафино- и асфальтеносмолистых отложений, предварительно расплавленных, более полно выносятся из призабойной зоны продуктивного пласта скважины.

Недостатком известного устройства является невысокая эффективность обработки призабойной зоны продуктивного пласта, обусловленная значительными тепловыми потерями, связанными с отбором тепла, покидающим зону обработки с газообразными продуктами сгорания газогенерирующей композиции. Другим существенным недостатком устройства является низкая чувствительность к воспламенению газогенерирующей композиции, что снижает надежность работы устройства и усложняет его конструкцию.

Еще одним недостатком является верхнее расположение воздушной камеры, не позволяющее извлекать из скважины продукты очистки пласта.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности применения устройства для обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважин.

Задача решается следующим образом. Устройство для обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважин, подсоединяемое к кабельной головке, включает приемную камеру с зарядами из термостойкого твердого топлива, соединенную с ней воздушную камеру с атмосферным давлением и воспламенитель. Приемная камера перфорирована по всей длине отверстиями для истечения продуктов сгорания и расположена выше воздушной камеры. Приемная и воздушная камеры разделены сгораемой конической заглушкой, изготовленной из высокопрочного, термостойкого, медленногорящего состава с малым газовыделением при горении. Заряд, примыкающий к верхнему торцу приемной камеры - торцевого горения, изготовлен из термостойкого, малогазового, медленногорящего состава с высокой температурой продуктов сгорания и высокой калорийностью, с малой зависимостью скорости горения от давления и защищен от горения по цилиндрической боковой поверхности составом, препятствующим горению по этой поверхности, сгораемым совместно с зарядом. Заряд, примыкающий к сгораемой заглушке, - канальной конструкции, быстросгораемый, изготовлен из термостойкого газогенерирующего состава, при этом воспламенитель вмонтирован в верхний торец заряда, примыкающего к верхнему торцу приемной камеры.

Обработка продуктивного пласта при помощи предлагаемого устройства производится поэтапно:

1 этап - прогрев пласта при помощи использования термостойкого заряда торцевого горения из медленногорящего малогазового состава с высокой температурой продуктов сгорания и высокой калорийностью;

2 этап - глубокий прогрев пласта при помощи использования быстросгораемого термостойкого заряда канальной конструкции из газогенерирующего состава;

3 этап - сгорание конической заглушки, герметизирующей воздушную камеру и обеспечивающей необходимое время для завершения второго этапа;

4 этап - имплозионное воздействие на пласт.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство подсоединяется к кабельной головке 2 и включает приемную камеру 4 с зарядами 5, 7 из термостойкого твердого топлива и соединенную с ней воздушную камеру 9 с атмосферным давлением. Приемная камера 4 отделена от воздушной камеры 9 при помощи сгораемой конической заглушки 8, изготовленной из высокопрочного термостойкого, медленногорящего состава с малым газовыделением при горении. Приемная камера 4 перфорирована по всей длине отверстиями для истечения продуктов сгорания и расположена выше воздушной камеры 9. Заряд 5, примыкающий к верхнему торцу приемной камеры 4, - торцевого горения, изготовлен из термостойкого малогазового медленногорящего состава с высокой температурой продуктов сгорания и высокой калорийностью, с малой зависимостью скорости горения от давления и защищен от горения по цилиндрической боковой поверхности составом 6, препятствующим горению по этой поверхности, сгораемым совместно с зарядом. В верхний торец заряда 5 вмонтирован воспламенитель 3. Заряд 7, примыкающий к сгораемой заглушке 8, - канальной конструкции, быстросгораемый, изготовлен из термостойкого газогенерирующего состава.

Устройство работает следующим образом.

Устройство опускают на кабель-тросе, подсоединенным к кабельной головке 2, на забой скважины и устанавливают приемную камеру 4 напротив интервала обрабатываемого пласта. С устья скважины через кабель-трос подают электрический импульс на воспламенитель 3 заряда 5. Заряд 5 горит параллельными слоями сверху вниз благодаря тому, что боковая поверхность заряда защищена от горения составом 6. При этом для обеспечения более глубокого прогрева призабойной зоны продуктивного пласта использован малогазовый твердотопливный состав с наибольшей калорийностью, высокой температурой продуктов сгорания и малой зависимостью скорости горения от давления. Состав заряда 5 отличается малой газопроизводительностью (250-300 дм³/кг), чтобы максимально уменьшить унос тепла газообразными продуктами горения, покидающими зону обработки. Скорость горения заряда 5 выбрана наименьшей, а длина заряда 5 - наибольшей, чтобы обеспечить длительное время его горения. При горении заряда 5 фронт пламени, перемещаясь сверху вниз по всему интервалу перфорации, обеспечивает длительное высокотемпературное воздействие на продуктивный пласт. Указанный выше газоприход создает в зоне обработки избыточное давление, способствующее теплопередаче вглубь продуктивного пласта. Заряд 7 воспламеняется продуктами горения заряда 5 в конце работы последнего. Состав заряда 7 в отличие от состава заряда 5 имеет более высокую газопроизводительность (900-1000 дм³/кг). Заряд 7 имеет один или несколько цилиндрических каналов, а боковая цилиндрическая поверхность в отличие от заряда 5 не защищена от горения. Указанные особенности заряда 7 позволяют сжигать его в предельно короткое время, исчисляемое десятыми долями секунды. Благодаря скоротечности сгорания заряда 7 образующийся объем газообразных продуктов не может мгновенно покинуть зону обработки, а столб скважинной жидкости, находящийся над приемной камерой, благодаря своей инерционности не может мгновенно прийти в движение и в силу этого некоторое время, исчисляемое секундами, выполняет роль пакера. По этим причинам в зоне обработки создается избыточное давление, величину которого можно регулировать в широком диапазоне путем изменения веса заряда 7. Высокое избыточное давление газов с высокой температурой, действуя на предварительно прогретый работой заряда 5 продуктивный пласт, способствует более глубокому прогреву удаленных от обсадной колонны зон продуктивного пласта и тем самым подготовке пласта к последующей операции имплозии. Газообразные продукты сгорания, расширяясь, приводят в движение столб скважинной жидкости, поднимая его на определенную высоту. Давление в зоне обработки падает. Происходит депрессия на пласт (всасывание). Столб жидкости возвращается в исходное положение, сжимая газ. Происходит репрессия на пласт (нагнетание). Таким образом, происходят затухающие колебания столба скважинной жидкости, оказывая репрессионно-депрессионное воздействие на продуктивный пласт, способствуя более глубокому продвижению газообразных продуктов, имеющих высокую температуру, в продуктивный пласт. Так действует механизм глубокого прогрева продуктивного пласта Глубокий прогрев обеспечивает снижение вязкости нефтяных флюидов, т.е. повышает их подвижность, а репрессионно-депрессионное воздействие ослабляет их адгезионную связь с породой пласта.

Коническая заглушка 8 воздушной камеры 9 воспламеняется продуктами горения заряда 7 в конце работы последнего. Заглушка 8 изготовлена из высокопрочного, термостойкого, медленногорящего состава с малым газовыделением при горении. Перечисленные характеристики обеспечивают надежность работы заглушки 8 в условиях воздействия высоких температур и высоких давлений. Малая скорость горения состава заглушки 8 обеспечивает временную задержку, в течение которой газообразные продукты сгорания заряда 7 покидают зону обработки, чтобы исключить заполнение воздушной камеры газообразными продуктами заряда 7 в момент ее разгерметизации при сгорании заглушки 8. Малая газопроизводительность состава заглушки 8 исключает возможность заполнения газообразными продуктами, полученными при ее сжигании, воздушной камеры 9 и тем самым снижения эффекта имплозии. После сгорания заглушки 8 разгерметизируется воздушная камера 9 с давлением 0,1 МПа, создавая депрессию на пласт. Нефтяные флюиды, ставшие подвижными в результате глубокого прогрева, извлекаются из пласта, заполняя воздушную камеру 9. Одновременно из пласта удаляются твердые кольматационные частицы.

Новизна предлагаемого устройства для обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважины заключается:

- в конструкции зарядов и их характеристиках, позволяющих обеспечить режим работы устройства для поэтапного прогрева пласта;

- в конструкции заглушки воздушной камеры, позволяющей обеспечить ее работоспособность в условиях высоких давлений и высоких температур и в характере ее сгорания, позволяющем получить необходимую временную задержку для завершения процесса прогрева и удаления газообразных продуктов из района обработки скважины;

- в расположении воздушной камеры ниже приемной камеры, что позволяет наиболее полно извлекать из скважины загрязнения;

- в конструкции устройства, позволяющей обеспечить в определенной последовательности поэтапное воздействие на продуктивный пласт - глубокий прогрев, репрессионно-депрессионное воздействие и имплозию.

1. Устройство для обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважины, включающее приемную камеру с твердотопливными зарядами и воспламенителем, сгораемую заглушку и воздушную камеру с атмосферным давлением, отличающееся тем, что приемная камера перфорирована по всей длине отверстиями для истечения продуктов сгорания, заряд, примыкающий к верхнему торцу приемной камеры, - торцевого горения, изготовлен из термостойкого малогазового, медленногорящего состава с высокой температурой продуктов сгорания и калорийностью, с малой зависимостью скорости горения от давления и защищен от горения по боковой поверхности составом, препятствующим горению по этой поверхности, сгораемым совместно с зарядом, заряд, примыкающий к заглушке - канальной конструкции, быстросгораемый, изготовлен из термостойкого газогенерирующего состава, при этом воспламенитель вмонтирован в верхний торец заряда, примыкающего к верхнему торцу приемной камеры, а воздушная камера с атмосферном давлением расположена ниже приемной камеры.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сгораемая заглушка выполнена конической и изготовлена из высокопрочного термостойкого медленногорящего состава с малым газовыделением при горении.