Способ обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважин

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, к способам обработки призабойной зоны продуктивного пласта. Обеспечивает повышение эффективности обработки продуктивного пласта, снижение трудоемкости работ. Сущность изобретения: в скважину, заполненную жидкостью, опускают на кабель-тросе устройство, содержащее перфорированную по всей длине приемную камеру с установленными в ней высококалорийными, твердотопливными, термостойкими, медленно горящим и быстро сгораемым зарядами, воздушную камеру, загерметизированную сгораемой конической твердотопливной заглушкой. Устанавливают приемную камеру в интервале перфорации обсадной колонны и производят поэтапную обработку пласта. Сначала осуществляют длительный, до 30 минут, прогрев обрабатываемой зоны пласта на максимально возможную глубину. Для этого осуществляют сжигание термостойкого, медленно горящего, высококалорийного, твердотопливного заряда торцового горения с высокой - до 2000°С температурой продуктов сгорания. Затем осуществляют репрессионно-депрессионное воздействие на предварительно прогретый пласт. Это осуществляют сжиганием высококалорийного, термостойкого, быстро сгораемого, газогенерирующего, твердотопливного заряда канальной конструкции. После этого осуществляют имплозионное воздействие на пласт разгерметизацией воздушной камеры с давлением 0,1 МПа, сжигая твердотопливную коническую заглушку, выполненную из высокопрочного, термостойкого, медленно горящего, малогазового состава, 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам обработки призабойной зоны продуктивного пласта.

Известны способы обработки продуктивного пласта с целью повышения нефтеотдачи имплозионными и термогазохимическими методами. Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник под ред. Фридляндера Л.Я., М.: Недра, 1990, с.107-116

Сущность метода интенсификации добычи нефти способом имплозии заключается в следующем. В скважину в интервал обрабатываемого пласта на колонне насосно-компрессорных труб или на кабеле спускается специальный металлический сосуд с мембраной или стеклянная капсула, находящиеся под вакуумом или заполненные воздухом под давлением, равным 0,1 МПа. Затем путем закачки в скважину продавочной жидкости или иным способом создается давление, разрушающее мембрану или капсулу. После разрыва мембраны жидкость, заполняющая ствол скважины и поровое пространство пород призабойной зоны, находящаяся под высоким давлением, устремляется в сосуд, вызывая сжатие полости воздушного пузыря. Частицы жидкости начинают быстро продвигаться из ствола скважины и призабойной зоны в образовавшуюся разреженную полость, способствуя тем самым очистке призабойной зоны от загрязнений. При этом за счет эффекта имплозии в призабойной зоне пласта создается ударная волна с давлением, значительно превышающим давление разрыва мембраны сосуда. С момента, когда давление воздушного пузыря становится больше давления столба жидкости и пластового давления, по жидкости начинают распространяться волны сжатия и разрежения. При этом первый удар волн будет наиболее сильный. Все последующие удары вследствие потерь энергии на трение жидкости в стволе скважины и в пласте будут слабее предыдущих ударов и через определенное время настанет полное их затухание. За счет действия гидравлического удара жидкость подобно клину давит на породы призабойной зоны пласта и способствует развитию имеющихся и образованию новых трещин (А.А.Попов. Имплозия в процессах нефтедобычи. М., Недра: 1996, с.64-83).

Известен способ многоциклового импульсного воздействия на пласт с очисткой прискважинной зоны (патент RU №2136874 С1, 6 Е 21 В 43/25, 43/18), в соответствии с которым в скважину на кабеле опускают депрессионную камеру с атмосферным давлением и за счет интенсивного перетока скважинной жидкости в депрессионную камеру при мгновенном открытии впускного клапана создают кратковременные депрессионно-репрессионные воздействия на пласт в виде циклов импульсных депрессионно-репрессионных затухающих колебаний.

Однако методы имплозии обладают существенным недостатком - сравнительно малой эффективностью, связанной с недостаточно высокой очисткой призабойной зоны пласта от асфальтосмолистых веществ, имеющих высокую адгезионную связь со стенками капилляров в продуктивном пласте. Кроме того, имелись случаи преждевременного разрыва мембран, вследствие которого имплозия оказывалась безрезультатной.

Существуют способы обработки пласта, объединяющие термогазохимическое воздействие и имплозию.

Известен способ термогазохимической очистки призабойной зоны пласта для повышения нефтеотдачи (патент RU №2148164 С1, 7 Е 21 В 43/25, 43/27, 43/24, 43/18), основанный на поэтапной обработке: совместном использовании в интервале очистки соляной кислоты, доставляемой в зону обработки в контейнере из насосно-компрессорных труб на кабеле, и медленно горящего заряда с последующим имплозионным воздействием. Контейнер с кислотой устанавливают таким образом, чтобы кислота перекрывала интервал пласта, затем опускают термогазогенератор с медленногорящим зарядом и воспламеняют его на расстоянии 0,5-1,0 м ниже продуктивного пласта, добиваются продавливания нагретой соляной кислоты через перфорационные каналы в трещины и поры пласта, выдерживают скважину в течение 1-1,5 ч, затем в скважину в интервал пласта опускают имплозионное устройство, которым отсасывают продукты реакции из трещин и пор пласта.

Существуют комплексные способы обработки пласта, включающие тепловое либо термогазохимическое воздействие и имплозию.

Известен способ обработки призабойной зоны пласта (патент RU №2154732 С1, 7 Е 21 В 43/25, 43/24), включающий прогрев призабойной зоны индукционным высокочастотным нагревателем с одновременным депрессионным воздействием на пласт.

Известен способ обработки призабойной зоны пласта (патент RU 2072423 С1, 6 Е 21 В 43/25, 28/00), заключающийся в сжигании в интервале продуктивного пласта медленно горящего пиротехнического заряда, выделяющего газы с повышенной температурой в течение времени, соответствующего времени прогрева призабойной зоны до температуры плавления кольматирующих элементов, проведении технологической выдержки для замещения в интервале продуктивного пласта газообразных продуктов горения пиротехнического заряда скважинной жидкостью и последующем проведении депрессии с целью удаления из зоны интервала продуктивного пласта части скважинной жидкости с поступившими при депрессии из призабойной зоны кольматирующими элементами.

Однако данный способ обработки обладает рядом существенных недостатков:

- малоэффективен, т.к. малая продолжительность работы заряда (30-45 с) не позволяет вызвать глубокий прогрев пласта, т.е. привести к снижению вязкости нефтяных флюидов, повысить их подвижность, повысить проницаемость пласта и тем самым облегчить их продвижение из пласта в скважину при имплозии;

- при сгорании пиротехнического заряда в скважине остаются несгоревшие остатки от стеклопластикового кожуха, в котором размещается пиротехнический заряд, что приводит к засорению скважины.

В качестве прототипа выбран способ обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважин (патент RU 2127362 С1, 6 Е 21 В 43/25, 43/18), при котором в зону перфорации обсадной колонны скважины, заполненной жидкостью, опускают на незаполненной колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) контейнер с твердотопливным зарядом торцевого горения. Колонну НКТ герметизируют твердотопливной шашкой на расстоянии 17-20 м над контейнером. Межтрубное пространство герметизируют на расстоянии 10-15 м над контейнером пакером. После последовательного сжигания твердотопливного заряда и твердотопливной шашки, выполняющей роль заглушки НКТ, производят термобарохимическое воздействие на пласт с последующей имплозией. Данный способ позволяет проводить очистку призабойной зоны продуктивного пласта благодаря его предварительному прогреву высокотемпературными газообразными продуктами сгорания твердотопливного заряда и заполнению загрязняющими скважину продуктами свободного объема НКТ после сгорания твердотопливной шашки. Однако при высокой эффективности данного способа он обладает недостатками. Во-первых, высокой трудоемкостью, так как контейнер с твердотопливным зарядом и пакер опускаются в скважину на колонне герметично свинченных насосно-компрессорных труб. Во-вторых, не позволяет удалить продукты очистки продуктивного пласта скважины из призабойной зоны в связи с тем, что при подъеме НКТ на поверхность продукты очистки выливаются из НКТ обратно в скважину. Поэтому для удаления продуктов очистки продуктивного пласта из интервала обработки требуется проведение дополнительной операции свабирования.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эффективности обработки продуктивного пласта скважин, снижение трудоемкости работ.

Предлагаемый способ предусматривает термобарохимическую обработку пласта скважин в сочетании с имплозионным воздействием, при котором в скважину, заполненную жидкостью, опускают на кабель-тросе устройство, состоящее из перфорированной по всей длине приемной камеры с установленными в ней двумя термостойкими, высококалорийными, твердотопливными зарядами различной конструкции и различными физическими характеристиками и отделенной от нее сгораемой конической твердотопливной заглушкой воздушной камеры с давлением воздуха 0,1 МПа. Обработку пласта производят поэтапно: сначала ведут длительный прогрев пласта на максимально возможную глубину при помощи горения термостойкого заряда торцевого горения из медленно горящего, малогазового состава с высокой калорийностью и высокой температурой - до 2000°С продуктов сгорания, затем осуществляют репрессионно-депрессионное воздействие на пласт столбом скважинной жидкости, приводимом в движение избыточным давлением газообразных продуктов, образуемых при сжигании термостойкого быстро сгораемого, высококалорийного, твердотопливного заряда канальной конструкции из газогенерирующего состава с последующим имплозионным воздействием на пласт после сжигания медленно горящей, малогазовой, высокопрочной твердотопливной конической заглушки, герметизирующей воздушную камеру. Время сгорания термостойкого медленно горящего малогазового высококалорийного твердотопливного заряда назначают из условия максимального прогрева пласта, а время сгорания термостойкого высококалорийного быстро сгораемого газогенерирующего твердотопливного заряда - из условия создания оптимального импульса давления для эффективного репрессионно-депрессионного воздействия на продуктивный пласт, обеспечения безопасного для конструкции скважины градиента нарастания давления в зоне обработки. Благодаря скоротечности сгорания быстро сгораемого заряда 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 и скорости горения быстро сгораемого заряда. Газообразные продукты сгорания, расширяясь, приводят в движение столб скважинной жидкости, поднимая его на определенную высоту. Давление в зоне обработки падает. Происходит депрессия на пласт. Столб жидкости возвращается в исходное положение, сжимая газ. Происходит репрессия на пласт. Таким образом происходят затухающие колебания столба скважинной жидкости, оказывая репрессионно-депрессионное воздействие на продуктивный пласт, способствуя ослаблению адгезионной связи асфальтосмолистых веществ с породой пласта и тем самым подготовке пласта к последующей операции имплозии после сжигания конической заглушки, герметизирующей воздушную камеру с давлением 0,1 МПа.

Данный технический результат обеспечивается:

комплексным воздействием на пласт, осуществляемым последовательной работой двух твердотопливных зарядов и последующим имплозионным воздействием. При этом заряд, работающий первым, обеспечивает прогрев обрабатываемой зоны пласта на максимально возможную глубину. Второй заряд создает в зоне обработки избыточное давление, достаточное для приведения в колебательное движение столба скважинной жидкости, находящегося над зарядами, и тем самым обеспечивает репрессионно-депрессионное воздействие на предварительно прогретый работой первого заряда продуктивный пласт. Глубокий прогрев обеспечивает снижение вязкости нефтяных флюидов, т.е. повышает их подвижность, а репрессионно-депрессионное воздействие, возникающее при движении столба скважинной жидкости, ослабляет адгезионную связь асфальтосмолистых веществ с породой пласта. Разгерметизация воздушной камеры с давлением 0,1 МПа сжиганием конической заглушки приводит к созданию депрессии на пласт. Нефтяные флюиды, ставшие подвижными в результате глубокого прогрева и репрессионно-депрессионного воздействия, извлекаются из пласта, заполняя воздушную камеру. Одновременно из пласта удаляются твердые кольматационные частицы.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа обработки продуктивного пласта скважин.

В интервал обработки продуктивного пласта 8 опускают на кабель-тросе 1 устройство, содержащее перфорированную по всей длине приемную камеру 3 с термостойкими, высококалорийными, твердотопливными медленно горящим, малогазовым 4 и быстро сгораемым, газогенерирующим 5 зарядами, устанавливаемыми в камеру 3 вертикально друг на друга с опорой на торцевые поверхности, воздушную камеру 7 с давлением 0,1 МПа, отделенную от приемной камеры 3 медленно горящей, малогазовой, высокопрочной, твердотопливной конической заглушкой 6, контактирующей с нижним термостойким, высококалорийным, быстро сгораемым, газогенерирующим твердотопливным зарядом 5. В верхней части приемной камеры 3 устанавливают заряд 4 торцевого горения из термостойкого, медленно горящего, малогазового состава с высокой калорийностью и высокой температурой - до 2000°С продуктов сгорания. Его изготавливают из термостойкого, высококалорийного топлива, имеющего малую зависимость скорости горения от давления. Скорость горения медленно горящего, малогазового заряда 4 выбрана наименьшей, а калорийность заряда - наибольшей, чтобы обеспечить наибольшее до 30 минут время его горения и уменьшить унос тепла газообразными продуктами горения, покидающими зону обработки. Для воспламенения заряда 4 на его верхнем торце устанавливают воспламенитель 2. В нижней части приемной камеры устанавливают заряд 5 канальной конструкции, быстро сгораемый, изготовленный из термостойкого, высококалорийного, газогенерирующего состава. Устанавливают приемную камеру в интервале перфорации обсадной колонны. Для обеспечения прогрева призабойной зоны продуктивного пласта 8 первым сжигают медленно горящий, малогазовый заряд 4, для чего с устья скважины через кабель-трос 1 подают электрический импульс на воспламенитель 2. При горении медленно горящего заряда 4 фронт пламени, перемещаясь сверху вниз по всему интервалу перфорации, обеспечивает длительное высокотемпературное воздействие на продуктивный пласт 8. Газообразные продукты сгорания создают в зоне обработки избыточное давление, способствующее теплопередаче вглубь продуктивного пласта 8. Медленно горящий заряд 4 в конце своего горения воспламеняет быстро сгораемый заряд 5. Быстро сгораемый заряд 5 сжигают в предельно короткое время, которое определяют исходя из условия создания оптимального импульса давления, достаточного для создания эффективного репрессионно-депрессионного воздействия на продуктивный пласт, обеспечения безопасного для конструкции скважины градиента нарастания давления и регулируют изменением горящей поверхности заряда S=f(τ) и скорости горения. Время его горения составляет от 0,5 секунд до 2 секунд. Благодаря скоротечности сгорания быстро сгораемого заряда 5 образующийся объем газообразных продуктов не может мгновенно покинуть зону обработки, а столб скважинной жидкости, находящийся над устройством, 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 и скорости горения быстро сгораемого заряда 5.

Высокое избыточное давление, действуя на предварительно прогретый работой медленно горящего заряда 4 продуктивный пласт 8, способствует более глубокому внедрению в продуктивный пласт 8 продуктов сгорания быстро сгораемого заряда 5. Газообразные продукты сгорания, расширяясь, приводят в движение столб скважинной жидкости, поднимая его на определенную высоту. Давление в зоне обработки падает. Происходит депрессия на пласт. Столб жидкости возвращается в исходное положение, сжимая газ. Происходит репрессия на пласт. Таким образом происходят затухающие колебания столба скважинной жидкости, оказывая репрессионно-депрессионное воздействие на продуктивный пласт 8, способствуя ослаблению адгезионной связи асфальтосмолистых веществ с породой пласта и более глубокому продвижению газообразных продуктов, имеющих высокую температуру, в продуктивный пласт 8.

Так действует механизм глубокого прогрева продуктивного пласта 8. Глубокий прогрев обеспечивает снижение вязкости нефтяных флюидов, т.е. повышает их подвижность, а репрессионно-депрессионное воздействие ослабляет адгезионную связь асфальтосмолистых веществ с породой пласта. Продуктами горения быстро сгораемого заряда 5 в конце его работы воспламеняется коническая твердотопливная заглушка 6 воздушной камеры 7, изготавливаемая из высокопрочного, термостойкого, медленно горящего состава с малым газовыделением при горении. Перечисленные характеристики обеспечивают надежность работы конической заглушки в условиях воздействия высоких температур и высоких давлений. Малая скорость горения состава конической заглушки 6 обеспечивает временную задержку, в течение которой газообразные продукты сгорания заряда 5 покидают зону обработки, чтобы исключить заполнение воздушной камеры 7 газообразными продуктами быстро сгораемого заряда 5 в момент ее разгерметизации при сгорании конической заглушки 6. Малая газопроизводительность состава конической заглушки 6 исключает возможность заполнения газообразными продуктами, полученными при ее сжигании, воздушной камеры 7 и тем самым снижения эффекта имплозии.

После сгорания конической заглушки 6 разгерметизируется воздушная камера 7 с давлением 0,1 МПа, создавая депрессию на продуктивный пласт 8. Нефтяные флюиды, ставшие подвижными в результате глубокого прогрева, извлекаются из продуктивного пласта 8, заполняют воздушную камеру 7. Одновременно из продуктивного пласта 8 удаляются твердые кольматационные частицы.

Новизна предлагаемого способа обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважины заключается:

- в поэтапной последовательной обработке пласта, когда на первом этапе обеспечивают длительный до 30 минут прогрев обрабатываемой зоны на максимально возможную глубину сжиганием термостойкого, медленно горящего, малогазового, твердо-топливного заряда торцевого горения с высокой калорийностью и высокой температурой - до 2000°С продуктов сгорания, на втором этапе - репрессионно-депрессионное воздействие на пласт столбом скважинкой жидкости, приводимом в движение избыточным давлением газообразных продуктов, образуемых при сжигании термостойкого, высококалорийного, быстро сгораемого, газогенерирующего твердо-топливного заряда канальной конструкции, на третьем этапе - имплозионное воздействие на пласт разгерметизацией воздушной камеры с давлением 0,1 МПа сжиганием медленно горящей, малогазовой, высокопрочной, твердо-топливной конической заглушки, герметизирующей воздушную камеру.

1. Способ обработки продуктивного пласта скважины, включающий термобарохимическое воздействие на продуктивный пласт в сочетании с имплозионным воздействием, при котором в скважину, заполненную жидкостью, опускают на кабель-тросе устройство, содержащее приемную камеру с твердотопливными зарядами, воздушную камеру с давлением 0,1 МПа, загерметизированную сгораемой твердотопливной заглушкой, устанавливают приемную камеру в интервале перфорации обсадной колонны и последовательно сжигают твердотопливные заряды и твердотопливную заглушку, отличающийся тем, что обработку продуктивного пласта производят поэтапно: сначала ведут длительный до 30 мин прогрев обрабатываемой зоны пласта при помощи горения термостойкого, малогазового, медленно горящего, высококалорийного, твердотопливного заряда торцевого горения с высокой температурой - до 2000°С продуктов сгорания, затем - репрессионно-депрессионное воздействие на продуктивный пласт при помощи горения термостойкого, высококалорийного, быстро сгораемого, за 0,5 - 2 с, газогенерирующего, твердотопливного заряда канальной конструкции, после чего осуществляют имплозионное воздействие на пласт разгерметизацией воздушной камеры, для чего сжигают медленно горящую, малогазовую, твердотопливную коническую заглушку.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что время сгорания малогазового, медленно горящего, до 30 мин, высококалорийного заряда назначают из условия прогрева пласта, время сгорания быстро сгораемого, за 0,5 - 2 с, высококалорийного, газогенерирующего заряда - из условия создания импульса давления в зоне обработки, время сгорания медленно горящей, малогазовой, твердотопливной конической заглушки - из условия исключения заполнения воздушной камеры газообразными продуктами быстро сгораемого заряда.