Способ обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для увеличения нефтеотдачи и приемистости пластов. Обеспечивает повышение эффективности обработки призабойной зоны скважины. Сущность изобретения: в скважине создают импульсные депрессионные и репрессионные воздействия на пласт в виде циклов импульсных депрессионно-репрессионных колебаний для раскачивания пробок, закупоривающих фильтрационные каналы. Импульсное депрессионное и репрессионное воздействия осуществляют многократными последовательными регулируемыми импульсами давления, возникающего при экзотермическом превращении смеси веществ, совпадающих с фазой собственных колебаний в скважине и в пласте. Обеспечивают циклично возрастающую амплитуду с обеспечением депрессионно-репрессионных импульсов колебаний, равных 15·n, где n - количество камер, и последующий импульс давления превышает предыдущий с интервалом времени τ = 2·π·k, где к - коэффициент пропорциональности, причем количество импульсов давления равно количеству камер. Воздействие на пласт осуществляют с помощью устройства, содержащего последовательно расположенные имплозионные камеры со стравливающими отверстиями, геофизическую головку, геофизический кабель. Имплозионные камеры соединены между собой переходником, изолирующим полость одной камеры от другой и снабженным герметичной перегородкой. Через нее пропущены электрические проводники. В каждую имплозионную камеру помещен картуз со смесью веществ, способной к экзотермическому превращению, снабженный электроспиралью, присоединенной к независимой линии воспламенения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для увеличения нефтеотдачи и приемистости пластов.

Для повышения продуктивности нефтяных скважин, интенсификации притоков нефти на месторождениях, особенно находящихся на поздней стадии эксплуатации, а также содержащих труноизвлекаемые, высоковязкие нефти, для очистки призабонной зоны скважины (ПЗС) от продуктов кольматации, парафиногидратных и асфальтосмолистых отложений, повышения проницаемости, приемистости и увеличения фильтрационной способности породы применяют различные способы воздействия на пласт. К числу известных способов относятся химические, термогазохимические, ударные и другие воздействия.

Известен способ обработки продуктивного пласта, в котором термохимическое и барическое воздействие на пласт оказывают путем сжигания в интервале продуктивного пласта порохового заряда и твердотопливного материала с наполнителем-стабилизатором горения с центральным округлым каналом с одновременным накоплением давления пороховых газов в полости центрального канала заряда с последующей передачей энергии горения заряда в пласт (патент РФ №2103493, МПК 7 Е 21 В 43/26. БИ №3. 1998).

Известен способ обработки призабойной зоны пласта и устройство для его осуществления, в котором избыточное давление в скважине создается путем воздействия на пласт газообразных продуктов горения порохового заряда. Создание избыточного давления в скважине осуществляют по меньшей мере двумя последовательными импульсами давления с амплитудой и длительностью первого импульса, достаточными для раскрытия естественных трещин, и амплитудой и длительностью второго импульса, при этом второй импульс давления создают при значениях давления в скважине от первого импульса, равных 0,5 горного давления (патент РФ №2106485, МПК 7 Е 21 В 43/26. БИ №7 от 10.03.1998 г.).

Недостатками этих спосбов является применение порохов, усложняющих технологию обработки с точки зрения безопасности, а также создание ограниченного числа импульсов давления в скважине (максимум два).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ многоциклового импульсного воздействия на ПЗС, при использовании которого обработку осуществляют чередованием импульсов депрессии и репрессии. При этом обеспечивается до 15-20 затухающих колебаний для раскачивания пробок.

Недостатком данного способа является низкая эффективность из-за отсутствия начального давления, а также отсутствие возможности поддерживания и регулирования длительности и амплитуды последующих колебаний (патент РФ №2136874. БИ №25 от 10.09.99).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для обработки ПЗС нефтяных скважин, в котором обработка ПЗС проводится с помощью устройства, содержащего две имплозионные камеры (ИК) и перфоратор. Устройство позволяет проводить термическую обработку ПЗС, имплозионную, затем перфорацию с последующей депрессионной обработкой и вновь имплозионную обработку (патент РФ №2131512. БИ №16 от 10.06.99).

Недостатками данного устройства обработки ПЗС являются низкая эффективность обработки ПЗС в результате использования ограниченного числа имплозионных камер и, следовательно, количества циклов репрессии и депрессии, а также из-за невозможности сборки имплозионной камеры требуемых размеров, отсутствие временной закономерности последовательности циклов репрессии и депрессии, неучет свойств скважинной среды и скважины.

Задачей данного изобретения является повышение эффективности обработки призабойной зоны скважины.

Поставленная задача достигается способом, где импульсное депрессионное и репрессионное воздействия осуществляют многократными последовательными регулируемыми импульсами давления, возникающего при экзотермическом превращении смеси веществ, совпадающих с фазой собственных колебаний в скважине и в пласте, с циклично возрастающей амплитудой с обеспечением депрессионно-репрессионных импульсов колебаний, равных 15·n, где n - количество камер и последующий импульс давления превышает предыдущий с интервалом времени τ=2·π·κ, где κ=0,5-35 - коэффициент пропорциональности, причем количество импульсов давления равно количеству камер.

Поставленная задача достигается устройством, содержащим имплозионную камеру со стравливающими отверстиями, геофизическую головку и линию воспламенения, отличающееся тем, что устройство выполнено последовательно расположенными имплозионными камерами, имплозионные камеры соединены между собой переходником, изолирующим полость одной камеры от другой, переходник снабжен герметичной перегородкой, через которую пропущены электрические проводники, а в каждую имплозионную камеру помещен картуз со смесью веществ, способной к экзотермическому превращению, картуз снабжен электроспиралью, присоединенной к независимой линии воспламенения, причем вскрытие имплозионных камер осуществляется в результате экзотермического превращения смеси веществ, находящихся в камере с последующим термохимическим воздействием продуктов превращения на ПЗС, а в качестве смеси веществ, способных к экзотермическому превращению используют порошки магния, или алюминия, или сплава алюминия с магнием с солями щелочных, или щелочноземельных металлов азотной кислоты (например, нитраты натрия калия, бария, стронция), или серной кислоты (например, сульфаты натрия, лития, калия, кальция, бария, стронция), или угольной кислоты (например, карбонаты натрия, калия, кальция, бария), или фторполимерами (например, ФП-4, ФЛ-4Н, ФП-42, ФП-2), или хлор- или фтор-, или фторхлорсодержащими органическими соединениями (например, ПВХ-С, ПСХ-ЛС, СКФ-26, СКФ-32, ФП-32Л), или пороха, или их смеси или пороха, или их смеси.

Импульс давления (избыточное давление) создается в скважине в результате вскрытия имплозионных камер, внутри которых давление к моменту вскрытия имеет большую величину, чем гидростатическое в скважине. Давление в имплозионной камере возникает в результате химической реакции, протекающей с выделением большого количества тепла и газообразных продуктов в смеси веществ, способной к экзотермическому превращению. В качестве такой смеси используют порошки магния, или алюминия, или сплава алюминия с магнием с солями щелочных, или щелочноземельных металлов азотной кислоты (например, нитраты натрия калия, бария, стронция), или серной кислоты (например, сульфаты натрия, лития, калия, кальция, бария, стронция), или угольной кислоты (например, карбонаты натрия, калия, кальция, бария), или фторполимерами (например, ФП-4, ФП-4Н, ФП-42, ФП-2), или хлор- или фтор-, или фторхлорсодержащими органическими соединениями (например, ПВХ-С, ПСХ-ЛС, СКФ-26, СКФ-32, ФП-32Л), или пороха, или их смеси или пороха, или их смеси. Смеси веществ готовят известными методами перемешивания.

Смесь веществ активируют (воспламеняют) с помощью источника тепловой энергии.

Устройство для реализации предлагаемого способа представлено на чертеже. Устройство состоит из имплозионных камер (1), которые соединяются между собой через переходники (2). Все устройство крепится через геофизическую головку (3) к геофизическому кабелю (4). Имплозионная камера представляет собой толстостенный цилиндрический сосуд, который имеет несколько стравливающих отверстий (5), расположенных по цилиндрической поверхности. При сборке эти отверстия герметизируются. Во время сборки в каждую камеру вкладывается картуз (6) со смесью веществ, способной к экзотермическому превращению. Картуз снабжают электроспиралью (7), которую присоединяют к линии воспламенения (8). Каждая камера снабжена независимой линией воспламенении, которая, в свою очередь, через геофизическую головку подсоединяется к электрическим приводам геофизического кабеля.

Переходник представляет собой металлический цилиндр, снабженный герметичной прочной внутренней перегородкой (9), через которую пропущены электрические проводники для линии воспламенения, изолирующей одну камеру от другой.

Последовательное вскрытие имплозионных камер по определенному закону позволяет повышать эффективность последующего импульса давления в результате использования энергии предыдущего импульса, то есть при использовании явления механического резонанса. Явление механического резонанса в скважине достигается путем генерации вынужденных колебаний, совпадающих с собственными колебаниями в скважине и в пласте. Последующие вскрытия имплозионных камер, совпадающие по времени с фазой положительного гидравлического удара позволяет существенно повысить эффективность обработки призабойной зоны скважины.

Для обработки ПЗС необходимо производить вскрытие имплозионных камер многокамерного устройства с интервалами времени

где κ=(0,5-35) - коэффициент пропорциональности, зависит от природы скважинной жидкости, ее гидростатического уровня, угла наклона скважины и ее состояния.

Способ обработки ПЗС осуществляют следующим образом. На забое скважины производят сборку имплозионных камер. В каждую камеру размещают картуз со смесью веществ, соединяют проводники линии воспламенения и герметично закрывают камеры самоуплотняющимися прокладками, изолирующими полость камер от внешней среды. Затем доставляют собранное устройство в ПЗС на геофизическом кабеле. Смесь веществ воспламеняют с помощью электрического импульса. Интервал между моментами воспламенения смесей в камерах оценивают по формуле (1) на основании данных по гидростатическому давлению в скважине (гидростатический уровень жидкости), плотности скважинной среды, коэффициентов гидравлического и местного сопротивления. Высоконагретые продукты взаимодействия, находящиеся в камере после повышения давления выше гидростатического, вскрывают прокладки и устремляются в скважину, производя термохимическую и импульсную обработки ПЗС. Скважинная жидкость устремляется в освободившуюся камеру, производя гидравлический удар, в результате чего создается импульс повышенного давления в области ПЗС. Импульс повышенного давления генерирует в скважине собственные затухающие колебания скважинной среды, передающие положительную и отрицательную фазы изменения давления. Вскрытие следующей камеры производится через время, кратное расчетному и соответствующее фазе положительного прироста давления, что позволит накладывать последующие колебания на предыдущие. В результате этого импульс давления от вскрытия очередной имплозионной камеры будет существенно превышать предыдущий импульс. При вскрытии последующей камеры импульс давления превышает пластовое давление. В результате циклической работы устройства происходит закачка в пласт химически активных продуктов термического превращения, что повышает эффективности обработки. После обработки устройство извлекают из скважины, разбирают и очищают.

Преимуществами данного способа и устройства являются комплексная обработка скважины за счет создания регулируемых колебаний столба скважинной жидкости большой амплитуды в сочетании с термохимической обработкой, использования стандартного оборудования, компактных имплозионных устройств, отсутствие необходимости использования сложного нагнетательного оборудования.

В результате реализации предлагаемого способа и устройства обеспечивается высокоэффективная комплексная обработка ПЗС: термохимическая, позволяющая очистить перфорационные отверстия от асфальтенов и парафинов, прогрев ПЗС, циклическая имплозионная обработка и длительная циклическая механическая обработка скважины и ПЗС повышением давления в скважине, позволяющие как очистить ПЗС, так и осуществить гидроразрыв пласта, а следовательно, увеличить его пористость и проницаемость. Одновременное действие всех этих факторов позволяет повысить эффективность работы как добывающих, так и нагнетательных скважин.

1. Способ обработки призабойной зоны скважины, включающий спуск в скважину на кабеле камеры с атмосферным давлением и создание импульсных депрессионных и репрессионных воздействий на пласт в виде циклов импульсных депрессионно-репрессионных колебаний для раскачивания пробок, закупоривающих фильтрационные каналы, отличающийся тем, что импульсное депрессионное и репрессионное воздействия осуществляют многократными последовательными регулируемыми импульсами давления, возникающего при экзотермическом превращении смеси веществ, совпадающих с фазой собственных колебаний в скважине и в пласте, с циклично возрастающей амплитудой с обеспечением депрессионно-репрессионных импульсов колебаний, равных 15 n, где n - количество камер, и последующий импульс давления превышает предыдущий, с интервалом времени

τ = 2 π k,

где К - коэффициент пропорциональности,

причем количество импульсов давления равно количеству камер.

2. Устройство для обработки призабойной зоны скважины, содержащее имплозионную камеру со стравливающими отверстиями, геофизическую головку и линию воспламенения, отличающееся тем, что устройство выполнено с последовательно расположенными имплозионными камерами, имплозионные камеры соединены между собой переходником, изолирующим полость одной камеры от другой, переходник снабжен герметичной перегородкой, через которую пропущены электрические проводники, а в каждую имплозионную камеру помещен картуз со смесью веществ, способной к экзотермическому превращению, картуз снабжен электроспиралью, присоединенной к независимой линии воспламенения, причем имплозионные камеры имеют возможность вскрытия в результате экзотермического превращения смеси веществ, находящихся в камере с последующим термохимическим воздействием продуктов превращения на призабойную зону пласта.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве смеси веществ, способных к экзотермическому превращению, используют порошки магния, или алюминия, или сплава алюминия с магнием, с солями щелочных, или щелочноземельных металлов азотной кислоты, или серной кислоты, или угольной кислоты, или фторполимеров, или хлор- или фтор-, или фторхлорсодержащими органическими соединениями, или пороха, или их смеси.