Способ обработки прискважинной зоны пласта и заряд
Изобретение относится к нефтегазодобывающей и горной промышленности и предназначено для повышения проницаемости прискважинной зоны продуктивного пласта путем его разрыва с дополнительным трещинообразованием. Обеспечивает повышение качества обработки прискважинной зоны пласта за счет использования твердотопливного заряда с расчетной начальной поверхностью горения с достижением гидродинамической связи скважины с пластом, а также за счет использования в прострелочно-взрывной аппаратуре вышеупомянутого твердотопливного заряда. Сущность изобретения: способ включает размещение в интервале продуктивного пласта скважины твердотопливного заряда в виде группы цилиндрических шашек с продольными сквозными и/или глухими каналами и средство инициирования горения этих шашек, сжигание заряда с обеспечением давления выделяющихся газов в интервале продуктивного пласта выше его давления разрыва. При монотонном или ступенчатом изменении этого давления со скоростью не менее 103 МПа/с осуществляют формирование сети разветвленных трещин. Требуемый для разрыва продуктивного пласта объем выделяющихся при горении газов задают начальной поверхностью горения цилиндрических шашек. Для этого рассчитывают длину цилиндрических шашек, их поперечное сечение, общее количество, глубину каналов в этих шашках, форму каналов, их количество, размер и размещение по телу каждой из цилиндрических шашек с учетом аналитического выражения. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей и горной промышленности и предназначено для повышения проницаемости прискважинной зоны продуктивного пласта путем его разрыва с дополнительным трещинообразованием.
Известны способ обработки прискважинной зоны пласта и устройство для его реализации, включающие размещение в интервале продуктивного пласта гирлянды пороховых и воспламенительного заряда, сжигание их с помощью электровоспламенителя с созданием давления заданной величины, воспламенительный заряд располагают выше зоны перфорации на расстоянии, обеспечивающем образование трещин в пласте, гидроразрыв и термогазохимическую обработку за одну спуско-подъемную операцию. Выше воспламенительного заряда располагают пороховые заряды с развитой поверхностью горения, ниже располагают пороховые заряды, в процессе сжигания которых образуются высокотемпературные продукты. В качестве зарядов с развитой поверхностью горения используют многоканальные заряды, состоящие из пучка пороховых трубок, щелевые пороховые заряды, заряды с центральным каналом типа "звездочка " и др. (см., например, пат. РФ N 2204706, МКИ Е 21 В 43/263, 20.05.2003). При реализации данного патента увеличивают проницаемость продуктивного пласта и полезное действие пороховых зарядов, снижают себестоимость обработки.
Однако использование таких зарядов с развитой поверхностью горения не позволяет создать широкую сетку трещин в пласте и надежную гидро- или газодинамическую связь скважины с пластом.
Известен способ обработки прискважинной зоны пласта, включающий сжигание в интервале продуктивного пласта порохового заряда из твердотопливного материала с наполнителем-стабилизатором (НС) горения, накопление давления пороховых газов в полости центрального кругового канала, длина и диаметр которого связаны соотношением 20 - 40:1 с содержанием НС горения к общей массе центрального круглого канала не более 1,5%. В полости центрального канала, в котором длина и диаметр связаны соотношением 40-120:1, содержание НС не более 0,6%. Давление пороховых газов из полости центрального канала передают в пласт в виде импульсов давления через радиальные каналы и торцовые поверхности. В результате сжигания в полости центрального круглого канала осуществляют термогазохимическое, барическое, виброволновое воздействие с одновременным переменным электрическим воздействием (см., например, пат. РФ N 2103493, МКИ Е 21 В 43/263, 27.01.98).
Данный способ взят за прототип.
Использование известного решения позволяет обеспечить высокую интенсивность воздействия на продуктивный пласт на любую глубину пласта и при любых пластовых условиях.
Однако при данных соотношениях длины и диаметра центрального канала не обеспечивают требуемую поверхность горения заряда, достаточную для образования широкой сетки трещин в пласте.
Известны многоканальные заряды типа ЗБС-100Тр, изготовленные из баллиститных порохов типа ДГ и предназначенные для использования в скважинах с температурой до 100°С (A.M. Дуванов. Безопасные воспламенители и баллиститные заряды для скважин-ных газогенерирующих устройств. НТВ «Каротажник» №64. Изд. «АИС». Тверь, 1999, стр.110-114).
Заряды типа ЗБС-100Тр имеют высокоразвитую поверхность горения с толщиной горящего свода 2е1=2+0,5 мм, что обеспечивает высокую скорость нарастания давления при горении их в скважинах. Наружный диаметр трубок, из которых составлен заряд ЗБС-100Тр, равен 5,5 - 6,0 мм. Для предохранения пороха от трения о стенки обсадной трубы или НКТ при спуске генератора в скважину заряды снабжены защитными манжетами. Заряды ЗБС-100Тр предназначены, главным образом, для порохового газогенератора циклического действия, работающего в импульсно-волновом режиме, а также для одноимпульсных газогенераторов при использовании их в скважинах с пониженным уровнем столба жидкости.
Недостатком данных зарядов является сильно развитая поверхность горения, что приводит к высокой скорости нарастания давления и образованию в зоне обработки скважины высокого кратковременного давления, не обеспечивающего образование трещин необходимой длины.
Известен заряд, используемый в генераторах давления ПГД.БК-150 (Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник. /Под ред. Л.Я.Фридляндера, Москва, «Недра», 1990, стр.108-116).
Заряд генераторов имеет форму цилиндра с центральным сквозным каналом. Заряд генератора смонтирован на опорной трубе из алюминиевого сплава, по всей поверхности покрыт гидроизоляционным составом, а по наружной боковой поверхности - дополнительным защитным покрытием, предохраняющим заряд от трения и ударов о колонну и обеспечивающим прогрессивное горение с поверхности канала. Давление, создаваемое в скважине при использовании генератора, зависит от общей массы пороховых зарядов, их характеристики, диаметра обсадной колонны, температуры в интервале работ, характеристик пласта и др. Общую длину пороховых зарядов генератора, позволяющую создавать гидростатическое давление в скважине, равное полному горению или превышающее его, выбирают по известным графикам, представляющим линейную зависимость общей длины пороховых зарядов от величины создаваемого гидростатического давления в скважине. Данный заряд является ближайшим аналогом и взят за прототип.
Основным недостатком пороховых зарядов генераторов типа ПГД.БК является небольшая поверхность горения пороховых зарядов и, как следствие этого, невысокая скорость нарастания давления в скважине при работе этих генераторов, которые не обеспечивают образование широкой сетки трещин в продуктивном пласте.
Настоящее изобретение направлено на создание способа обработки прискважинной зоны пласта и твердотопливного заряда, позволяющих достигнуть широкой сетки трещин в продуктивном пласте в соответствии с геолого-техническими и геолого-физическими характеристиками скважины и снизить себестоимость зарядов за счет утилизации боеприпасов.
Техническим результатом изобретения является повышение качества обработки прискважинной зоны пласта за счет использования твердотопливного заряда с расчетной начальной поверхностью горения с достижением гидродинамической связи скважины с пластом, а также за счет использования в прострелочно-взрывной аппаратуре вышеупомянутого твердотопливного заряда.
Необходимый технический результат достигается тем, что способ обработки прискважинной зоны пласта включает размещение в интервале продуктивного пласта скважины твердотопливного заряда в виде группы цилиндрических шашек с продольными сквозными и/или глухими каналами и сжигание твердотопливного заряда с обеспечением давления выделяющихся газов в интервале продуктивного пласта выше его давления разрыва и при монотонном или ступенчатом изменении этого давления со скоростью не менее 103 МПа/с для формирования сети разветвленных трещин, при этом требуемый для разрыва продуктивного пласта объем рабочего тела - объем выделяющихся при горении газов - задают требуемой начальной поверхностью горения цилиндрических шашек, для чего рассчитывают длину цилиндрических шашек, их поперечное сечение, общее количество, глубину каналов в этих шашках, форму каналов, их количество, размер и размещение по телу каждой из цилиндрических шашек с учетом соотношений
где:
S - начальная поверхность горения цилиндрической шашки;
Sш- наружная поверхность цилиндрической шашки;
Sк - поверхность горения i-ого канала цилиндрической шашки;
Sсеч.к - площадь поперечного сечения i-ого канала цилиндрической шашки;
Sзащ. - поверхность цилиндрической шашки, на которую нанесено защитное покрытие;
n - количество каналов в цилиндрической шашке;
m - коэффициент, характеризующий выполнение i-ого канала
цилиндрической шашки (m = 1 при выполнении канала глухим, m = 2
при выполнении канала сквозным),
где Sзар - требуемая начальная поверхность горения твердотопливного заряда;
z - количество цилиндрических шашек в твердотопливном заряде.
Кроме того:
твердотопливный заряд в виде цилиндрических шашек с продольными сквозными и/или глухими каналами размещают в прострелочно-взрывной аппаратуре для обработки интервала продуктивного пласта.
Необходимый технический результат достигается также и тем, что твердотопливный заряд включает группу цилиндрических шашек с продольными сквозными и/или глухими каналами и средство инициирования горения этих шашек, при этом общее количество этих шашек, длина, поперечное сечение, глубина каналов в этих шашках, форма каналов, их количество, размер и размещение по телу каждой из цилиндрических шашек рассчитаны на требуемую начальную поверхность горения, из условия выделения газов, обеспечивающих монотонное или ступенчатое изменение давления в интервале продуктивного пласта со скоростью не менее 103 МПа/с для формирования в этом пласте сети разветвленных трещин, с учетом соотношений
где:
S - начальная поверхность горения цилиндрической шашки;
Sш- наружная поверхность цилиндрической шашки;
S^ - поверхность горения i-ого канала цилиндрической шашки;
Sсеч.к - площадь поперечного сечения i-ого канала цилиндрической шашки;
Sзащ. - поверхность цилиндрической шашки, на которую нанесено защитное покрытие;
n - количество каналов в цилиндрической шашке;
m - коэффициент, характеризующий выполнение i-ого канала цилиндрической шашки (m=1 при выполнении канала глухим, т = 2 при выполнении канала сквозным),
где:
Sзар - требуемая начальная поверхность горения твердотопливного заряда;
z - количество цилиндрических шашек в твердотопливном заряде.
Кроме того:
продольные каналы цилиндрической шашки выполнены круглыми в поперечном сечении;
продольные каналы цилиндрической шашки выполнены в виде части кольцевых каналов в поперечном сечении при этом каждый из каналов получен двумя концентрическими образующими ширину канала окружностями с центрами, лежащими на центральной оси цилиндрической шашки, скругленного с обоих концов радиусом, равным половине ширины канала;
продольные каналы цилиндрической шашки выполнены в виде комбинации круглых и частично кольцевых каналов в поперечном сечении;
цилиндрические шашки выполнены с центральным сквозным каналом;
цилиндрические шашки выполнены с защитным покрытием;
цилиндрические шашки выполнены без защитного покрытия;
цилиндрические шашки выполнены одинаковой длины;
цилиндрические шашки выполнены разной длины;
цилиндрические шашки выполнены одинакового сечения;
цилиндрические шашки выполнены разного сечения;
глухие каналы цилиндрической шашки выполнены одинаковой глубины;
глухие каналы цилиндрической шашки выполнены разной глубины;
заряд содержит комбинации цилиндрические шашек по глубине каналов в этих шашках, форме каналов, их количеству и размеру в различных сочетаниях упомянутых параметров;
заряд содержит комбинации цилиндрических шашек по глубине каналов в этих шашках, форме каналов, их количеству и размеру в различных сочетаниях упомянутых параметров и цилиндрических шашек с центральным сквозным каналом и/или без центрального сквозного канала.
На фиг.1 показан общий вид твердотопливного заряда.
На фиг.2 показано поперечное сечение цилиндрической шашки твердотопливного заряда с круглыми каналами.
На фиг.3 показано поперечное сечение цилиндрической шашки твердотопливного заряда с каналами в виде части кругового кольца.
На фиг.4 показано поперечное сечение цилиндрической шашки твердотопливного заряда с круглыми каналами и каналами в виде части кругового кольца.
Твердотопливный заряд для обработки прискважинной зоны пласта (фиг.1) включает группу цилиндрических шашек 1, например с центральным каналом 2 и каналами 3, форма, количество и размер которых соответствуют требуемой начальной поверхности горения заряда, и средство инициирования горения этих шашек (на фиг.1 не показано). Форма каналов 3 может быть круглой в поперечном сечении (фиг.2) или в виде части кругового кольца в поперечном сечении, полученного двумя концентрическими образующими ширину канала окружностями с центрами, лежащими на центральной оси шашки, скругленного с обоих концов радиусом, равным половине ширины канала (фиг.3), причем каналы 3 могут быть выполнены сквозными или глухими параллельно центральной оси цилиндрической шашки 1, эта шашка может быть выполнена с защитным покрытием по наружной боковой поверхности или без него.
Способ обработки прискважинной зоны пласта и заряд работают следующим образом.
Для обработки прискважинной зоны пласта выбирают прострелочно-взрывную аппаратуру с твердотопливным зарядом, например генератор ПГД.БК-150, или ПГД.БК-100М, или ПГРИ-100, или другой. По требуемому для разрыва продуктивного пласта объему рабочего тела в конкретных геологических условиях - объему выделяющихся при горении газов - задают требуемую начальную поверхность горения твердотопливного заряда. Для этого выбирают тип цилиндрических шашек, например, из показанных на фиг.2-4. По требуемой поверхности горения рассчитывают количество шашек, размеры и количество каналов шашек с учетом соотношений
где:
S - начальная поверхность горения цилиндрической шашки;
Sш - наружная поверхность цилиндрической шашки;
Sк - поверхность горения i-ого канала цилиндрической шашки;
Sсеч.к - площадь поперечного сечения i-ого канала цилиндрической шашки;
Sзащ. - поверхность цилиндрической шашки, на которую нанесено защитное покрытие;
n - количество каналов в цилиндрической шашке;
m - коэффициент, характеризующий выполнение i-ого канала цилиндрической шашки (m=1 при выполнении канала глухим, m=2 при выполнении канала сквозным),
где:
Sзар - требуемая начальная поверхность горения твердотопливного заряда;
z - количество цилиндрических шашек в твердотопливном заряде.
В качестве цилиндрических твердотопливных шашек могут быть использованы шашки, составляющие заряд вышеперечисленных генераторов или утилизируют боеприпасы - цилиндрические твердотопливные шашки с центральным сквозным каналом или без канала, с защитным покрытием на боковой наружной поверхности или без покрытия, в которых выполняют каналы, например сверлением или фрезерованием.
Полученный в результате расчетов твердотопливный заряд устанавливают в прострелочно-взрывной аппаратуре, размещают в наполненной скважинной жидкостью скважине в интервале продуктивного пласта и инициируют его. Заряд воспламеняется и сгорает по всей своей поверхности горения, вследствие чего образуются в зоне обработки горячие продукты сгорания, заполняющие интервал скважины, обеспечивающие заданные скорость нарастания давления не менее 103 МПа/с и давление, превышающее давление разрыва пласта. В результате в продуктивном пласте образуется развитая сеть трещин, обеспечивающая после окончания обработки надежную гидро- и газодинамическую связь скважины с пластом. Для ступенчатого изменения давления в обрабатываемом интервале продуктивного пласта в процессе сжигания заряда в твердотопливном заряде используют шашки с глухими каналами. Сгорание таких шашек происходит ступенчато: часть шашки, в которой выполнены глухие каналы, имеет более развитую начальную поверхность горения, сгорает по поверхности горения быстрее, образуя большее количество продуктов сгорания, чем другая догорающая часть. Также для ступенчатого изменения давления в обрабатываемом интервале продуктивного пласта в процессе сжигания заряда в твердотопливном заряде используют цилиндрические шашки с центральным сквозным каналом и/или без центрального сквозного канала и шашки с разными поперечными сечениями и начальными поверхностями горения, сгорание которых в составе заряда происходит не одновременно. Неодновременное сгорание шашек твердотопливного заряда приводит к ступенчатому изменению количества поступающих в зону обработки скважины продуктов сгорания (газов) и давления в процессе сжигания твердотопливного заряда. В результате такого режима обеспечивают полноту баротермической обработки продуктивного пласта во всем диапазоне его фильтрационных характеристик. При этом за счет перераспределения нагрузок при ступенчатом характере изменения давления обеспечивают образование развитой сети трещин в продуктивном пласте.
1. Способ обработки прискважинной зоны пласта, включающий размещение в интервале продуктивного пласта скважины твердотопливного заряда в виде группы цилиндрических шашек с продольными сквозными и/или глухими каналами и сжигание твердотопливного заряда с обеспечением давления выделяющихся газов в интервале продуктивного пласта выше его давления разрыва и при монотонном или ступенчатом изменении этого давления со скоростью не менее 103 МПа/с для формирования сети разветвленных трещин, при этом требуемый для разрыва продуктивного пласта объем рабочего тела - объем выделяющихся при горении газов - задают требуемой начальной поверхностью горения цилиндрических шашек, для чего рассчитывают длину цилиндрических шашек, их поперечное сечение, общее количество, глубину каналов в этих шашках, форму каналов, их количество, размер и размещение по телу каждой из цилиндрических шашек с учетом соотношений
где
S - начальная поверхность горения цилиндрической шашки;
Sш - наружная поверхность цилиндрической шашки;
Sк - поверхность горения i-го канала цилиндрической шашки;
Sсеч.к - площадь поперечного сечения i-го канала цилиндрической шашки;
Sзащ. - поверхность цилиндрической шашки, на которую нанесено защитное покрытие;
n - количество каналов в цилиндрической шашке;
m - коэффициент, характеризующий выполнение i-го канала цилиндрической шашки (m=1 при выполнении канала глухим, m=2 при выполнении канала сквозным),
Sзар. - требуемая начальная поверхность горения твердотопливного заряда;
z - количество цилиндрических шашек в твердотопливном заряде.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что твердотопливный заряд в виде цилиндрических шашек с продольными сквозными и/или глухими каналами размещают в прострелочно-взрывной аппаратуре для обработки интервала продуктивного пласта.
3. Твердотопливный заряд, включающий группу цилиндрических шашек с продольными сквозными и/или глухими каналами и средство инициирования горения этих шашек, при этом общее количество шашек, длина, поперечное сечение, глубина каналов в шашках, форма каналов, их количество, размер и размещение по телу каждой из цилиндрических шашек рассчитаны на требуемую начальную поверхность горения из условия выделения газов, обеспечивающих монотонное или ступенчатое изменение давления в интервале продуктивного пласта со скоростью не менее 103 МПа/с для формирования в этом пласте сети разветвленных трещин с учетом соотношений
где
S - начальная поверхность горения цилиндрической шашки;
Sш- наружная поверхность цилиндрической шашки;
Sк - поверхность горения i-го канала цилиндрической шашки;
Sсеч.к - площадь поперечного сечения i-го канала цилиндрической шашки;
Sзащ. - поверхность цилиндрической шашки, на которую нанесено защитное покрытие;
n - количество каналов в цилиндрической шашке;
m - коэффициент, характеризующий выполнение i-го канала цилиндрической шашки (m=1 при выполнении канала глухим, m=2 при выполнении канала сквозным),
где
Sзар. - требуемая начальная поверхность горения твердотопливного заряда;
z - количество цилиндрических шашек в твердотопливном заряде.
4. Твердотопливный заряд по п.3, отличающийся тем, что продольные каналы цилиндрической шашки выполнены круглыми в поперечном сечении.
5. Твердотопливный заряд по п.3, отличающийся тем, что продольные каналы цилиндрической шашки выполнены в виде части кольцевых каналов в поперечном сечении, при этом каждый из каналов получен двумя концентрическими образующими ширину канала окружностями с центрами, лежащими на центральной оси цилиндрической шашки, скругленного с обоих концов радиусом, равным половине ширины канала.
6. Твердотопливный заряд по п.3, отличающийся тем, что продольные каналы цилиндрической шашки выполнены в виде комбинации круглых и частично кольцевых каналов в поперечном сечении.
7. Твердотопливный заряд по одному из пп.3-6, отличающийся тем, что цилиндрические шашки выполнены с центральным сквозным каналом.
8. Твердотопливный заряд по одному из пп.3-6, отличающийся тем, что цилиндрические шашки выполнены с защитным покрытием.
9. Твердотопливный заряд по одному из пп.3-6, отличающийся тем, что цилиндрические шашки выполнены без защитного покрытия.
10. Твердотопливный заряд по 3, отличающийся тем, что цилиндрические шашки выполнены одинаковой длины.
11. Твердотопливный заряд по 3, отличающийся тем, что цилиндрические шашки выполнены разной длины.
12. Твердотопливный заряд по п.3, отличающийся тем, что цилиндрические шашки выполнены одинакового сечения.
13. Твердотопливный заряд по п.3, отличающийся тем, что цилиндрические шашки выполнены разного сечения.
14. Твердотопливный заряд по п.3, отличающийся тем, что глухие каналы цилиндрической шашки выполнены одинаковой глубины.
15. Твердотопливный заряд по п.3, отличающийся тем, что глухие каналы цилиндрической шашки выполнены разной глубины.
16. Твердотопливный заряд по п.3, отличающийся тем, что он содержит комбинации цилиндрических шашек по глубине каналов в этих шашках, форме каналов, их количеству и размеру в различных сочетаниях упомянутых параметров.
17. Твердотопливный заряд по п.3, отличающийся тем, что он содержит комбинации цилиндрических шашек по глубине каналов в этих шашках, форме каналов, их количеству и размеру в различных сочетаниях упомянутых параметров и цилиндрических шашек с центральным сквозным каналом и/или без центрального сквозного канала.
