Газогенератор для повышения дебита нефтяных и газовых скважин и способ его использования

Изобретение относится к области нефте- и газодобычи, в частности к газогенератору для повышения дебита нефтяных и газовых скважин и способу его использования. Обеспечивает термогазохимическую обработку малодебитных скважин и простаивающих нефтяных скважин. Сущность изобретения: устройство включает заряд твердого топлива, воспламенительное устройство в цилиндрическом корпусе с нижней частью, заглушенной пробкой из твердого топлива, и с верхней частью, в которой зафиксирован поршень, в верхней части которого расположен герметизирующий узел с возможностью его срезания при внешнем давлении. Согласно изобретению в воспламенительном устройстве дополнительно размещен внутри цилиндрического корпуса цилиндр, скрепленный с корпусом в верхней и нижней части с помощью кольцевых бортиков. В качестве герметизирующего узла использована разрывная мембрана, толщина которой определена расчетным предельным давлением в насосно-компрессорных трубах, определяющим начало обработки скважины, скрепленная с корпусом. В верхней части внутреннего цилиндра расположена втулка с поперечной перегородкой, в центре которой закреплена фиксирующая поршень шпилька. В нижней части воспламенительного устройства в заглушке из твердого топлива расположена круглая пластина с диаметром, меньшим диаметра внешнего корпуса, зафиксирована снизу стопорной шайбой. Между поршнем и круглой пластиной находится газ, обеспечивающий возможность при его сжатии запуска воспламенительного устройства, и вещество, обеспечивающее, при его разложении, увеличение температуры сжатого газа до значений горения твердого топлива, а основной заряд твердого топлива помещен в цилиндрическом корпусе с перфорированными стенками. По способу осуществляют спуск в скважину на заданную глубину на насосно-компрессорных трубах газогенератора с зарядом твердого топлива и воспламенительным устройством. Последнее заглушают пробкой из твердого топлива с круглой пластиной и в котором размещают цилиндр с поршнем, между которым и круглой пластиной размещают газ и вещество, обеспечивающее, при его разложении, увеличение температуры сжатого газа до значений горения твердого топлива. Осуществляют запуск воспламенительного устройства путем создания скачка давления в насосно-компрессорных трубах и сжатия газа. Обеспечивают горение заряда твердого топлива с резким повышением температуры и давления в зоне обработки. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области нефте- и газодобычи для повышения дебита малодебитных и простаивающих скважин, в частности к газогенератору для повышения дебита нефтяных и газовых скважин и способу его использования.

Известно устройство для адиабатического зажигания порохового заряда (пат. РФ №2115085 от 10.07.98 г.), содержащее корпус, в котором выполнена камера сжатия, поршень, служащий для сжатия находящегося в камере сжатия газа, и зарядный картуз, размещенный в приемной камере корпуса и содержащий гильзообразный корпус с днищем, в котором выполнено отверстие, участок для приема порохового заряда и участок для приема зажигательной пластинки, причем приемная камера через соединительное отверстие для подачи сжатого горячего газа сообщена с камерой сжатия, при этом картуз дополнительно содержит пространство сгорания зажигательной пластины. Данное устройство малоприменимо в качестве скважинного газогенератора, так как рассчитано на сравнительно невысокие давления и в качестве инициатора горения используется опасное инициирующее взрывчатое вещество - тетразен.

Известно также устройство для активации малодебитных и простаивающих нефтяных и газовых скважин (пат. РФ №2232264 от 07.10.04). Устройство содержит контейнер с инициатором горения. Он выполнен в виде цилиндра с двумя поршнями. В полости цилиндра между поршнями размещены один под другим два стакана разного диаметра с компонентами инициатора горения. Верхний стакан меньшего диаметра предназначен для нажатия на него верхнего поршня в условиях избыточного давления. Нижний стакан большего диаметра содержит другой компонент инициатора горения и связан с основной массой твердотопливной композиции. При подаче избыточного давления через насосно-компрессорные трубы происходит срез крепежных шпилек верхнего поршня. Он ударяет по верхнему стакану и приводит в соприкосновение компоненты инициатора горения. Вслед за этим происходит возгорание основного заряда топлива. Недостатком этой конструкции газогенератора является ее ориентация на мелкие скважины (невысокие давления), а также необходимость использования специальных уплотнительных колец для поршней.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является газогенератор для повышения дебита скважин, содержащий воспламенительное устройство в цилиндрическом корпусе с нижней частью, заглушенной пробкой из твердого топлива и с верхней частью, в которой зафиксирован поршень, который по внешнему торцу скреплен с герметизирующей мембраной, срезаемой при заданном внешнем давлении (пат. РФ №2110677, кл. Е 21 В 43/26 от 10.09.1998 г.).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ термогазохимического и силового воздействия на призабойную зону продуктивного пласта, заключающийся в опускании в скважину блоков твердого топлива совместно с примыкающим к ним воспламенительным блоком-газогенератором и последующим их сжигании в окрестности продуктивного пласта. Данный газогенератор (блок воспламенения и блоки твердого топлива) спускается в скважину в режиме свободного падения и фиксируется в заданном месте относительно продуктивного пласта, а запуск его в скважине производится дополнительным избыточным давлением, превышающем давление среза герметичной заглушки. По ходу движения непосредственно перед газогенератором устанавливают элемент плавучести [пат. РФ №2110677, кл. Е 21 В 43/26 от 10.09.1998 г.).

Недостатком данного газогенератора является сложность конструкции и фиксации его на заданной глубине.

Задачей изобретения является создание устройства, обеспечивающего термо-, газохимическую обработку малодебитных и простаивающих нефтяных скважин, пригодного как для малых, так и для больших глубин обработки, при отсутствии засоряющих скважину элементов при ее обработке, и создание дополнительных источников воздействия на призабойную зону, а также создание способа использования изобретения.

Поставленная задача решается таким образом, что газогенератор для повышения дебита нефтяных и газовых скважин включает последовательно связанные воспламенительный блок и блок с основным зарядом твердого топлива. Воспламенительное устройство расположено в цилиндрическом корпусе с нижней частью, заглушенной пробкой из твердого топлива и с верхней частью, в которой расположен герметизирующий узел с возможностью его срезания при внешнем давлении, причем в воспламенительном устройстве дополнительно размещен внутри цилиндрического корпуса цилиндр, скрепленный с корпусом в верхней и нижней части с помощью кольцевых бортиков. В качестве герметизирующего узла используется разрывная мембрана, толщина которой определяется расчетным предельным давлением в насосно-компрессорных трубах, определяющим начало обработки скважины, скрепленная с корпусом, а в верхней части внутреннего цилиндра расположена втулка с поперечной перегородкой, в центре которой закреплена фиксирующая поршень шпилька. В нижней части воспламенительного устройства в заглушке из твердого топлива расположена круглая пластина с диаметром, меньшим диаметра внешнего корпуса, фиксируемая снизу стопорной шайбой, причем над заглушкой расположено вещество-инициатор, воспламеняющееся при более низких температуре и давлении нежели твердое топливо и выделяющее в ходе горения значительное количество тепла, обеспечивающее надежное поджигание твердого топлива, а основной заряд твердого топлива помещен в цилиндрическом корпусе с перфорированными стенками.

Газогенератор выполнен таким образом, что герметизирующая круглая пластина между внутренним цилиндрическим корпусом и стопорной шайбой, поршень, внешний и внутренний цилиндры воспламенительного устройства и цилиндрический корпус, в котором находится блок основного заряда твердого топлива выполнены из сплава на основе магния.

Для закрепления стопорной шайбы и основного заряда твердого топлива используется муфта, связанная с внешним цилиндрическим корпусом и с нарезанной внутренней резьбой, изготовленная из сплава на основе магния.

Недостатком известного способа являются неточная фиксация нужной глубины, наличие элемента плавучести, который после процесса горения вместе с остатками газогенератора приходится вытаскивать, загрязнение скважины продуктами горения.

Поставленная задача решается также способом использования газогенератора для повышения дебита нефтяных и газовых скважин, включающим спуск в скважину на заданную глубину газогенератора на колонне насосно-компрессорных труб, возможную герметизацию зоны обработки скважины, создание скачка давления в насосно-компрессорных трубах, обеспечивающего срабатывание разрывной мембраны воспламенительного устройства и промывку скважины после ее обработки.

Для снижения температуры поджигания твердого топлива при адиабатическом сжатии добавляют вещество-инициатор, воспламеняющееся при более низкой температуре и давлении нежели твердое топливо и выделяющее в ходе горения значительное количество тепла, обеспечивающее надежное поджигание твердого топлива, например бихромат аммония или смесь карбида серебра с нитратом серебра в мольном соотношении 1:1.

Блоки с твердотопливной композицией расположены ниже воспламенительного блока, связаны с ним через соединительную муфту, не являются герметичными и содержат для более быстрого сгорания твердого топлива продольные каналы. Масса требуемого количества твердого топлива рассчитывается исходя из высоты зоны обработки скважины, требуемой величины скачка давления и температуры (одного или нескольких), скорости нарастания давления, глубины обработки, использования пакеровки, горного давления и других свойств скважины.

При этом магний взаимодействует при высокой температуре во время обработки скважины с водной средой с образованием гидроксида магния, который, в свою очередь, взаимодействует с хлористым либо фтористым водородом, образующимся при горении твердого топлива, с образованием хорошо растворимого в водной среде хлорида (фторида) магния. Хлорид (фторид) магния легко удаляется из скважины в ходе ее промывки.

На фиг.1 представлен общий вид газогенератора в разрезе.

Газогенератор содержит внутренний 19 и внешний 18 цилиндрические корпусы, связанные между собой приваренными кольцами 5, 12. Внешний цилиндрический корпус воспламенительного устройства имеет вверху резьбу для связи с нижним концом насосно-компрессорных труб, а внизу - резьбу для муфтового соединения с перфорированными корпусами основного заряда твердого топлива. Внутри внутреннего цилиндрического корпуса 19 воспламенительного устройства расположен поршень 9 с топливными вставками 10, зафиксированный с помощью разрывной шпильки 8 и втулки 6 с поперечной перегородкой 7. Шпилька 8 имеет резьбовое соединение с поршнем 9 и поперечной перегородкой 7 втулки 6. Сверху внутренний цилиндрический корпус 19 герметизируется от среды скважины разрывной мембраной 3, прижимаемой к приваренному кольцу 5 через прокладки 2, 4 прижимным кольцом 1 болтами 20. Приваренное кольцо 5 имеет отверстия с резьбой под болты 20. В нижней части внутреннего цилиндрического корпуса 19 располагается вещество-инициатор 11, воспламеняющееся при более низких температуре и давлении нежели твердое топливо и выделяющее в ходе горения значительное количество тепла, обеспечивающее надежное поджигание твердого топлива. В нижней части воспламенительного устройства помещена в приклеенное к корпусу твердое топливо 21 круглая пластина 17, которая сверху удерживается приваренным к внешнему корпусу 18 кольцом 12, а снизу - стопорной шайбой 15. Основной заряд твердого топлива 14, находящийся внутри корпуса 13 с перфорационными отверстиями, связан с воспламенительным устройством с помощью муфты 16.

Работа предлагаемого газогенератора осуществляется следующим образом.

Конструкция газогенератора доставляется на устье скважины и при поднятой колонне насосно-компрессорных труб осуществляется монтаж конструкции газогенератора на нижнем конце насосно-компрессорных труб. Далее проводится спуск насосно-компрессорных труб вместе с генератором на заданную глубину, соответствующую интервалу обработки скважины. В зависимости от характеристик скважины проводят установку дополнительного оборудования (пакеровка и т.д.). Создают в насосно-компрессорных трубах дополнительный перепад давления, обеспечивающий разрыв мембраны 3. Общий перепад давления передается на поршень 9, срывает его с фиксирующей шпильки 8 и продвигает вперед по направлению к инициатору горения 11. При этом происходит сжатие газа, находящегося в пространстве между поршнем 9 и веществом-инициатором 11. В качестве газа может выступать воздушная смесь либо другой газ, обеспечивающий более высокое поднятие температуры.

Возрастание температуры в камере сжатия приводит к возникновению химического разложения инициатора, которое сопровождается дополнительным энергичным выделением тепла. Процесс разложения инициатора, в свою очередь, еще более увеличивает температуру сжатого газа до значений горения твердого топлива 21. Происходит горение твердого топлива 21, окружающего герметизирующую пластину 17, а затем процесс горения передается примыкающему основному заряду твердого топлива 14. Выделяющийся большой объем нагретых газов (N₂, HCl, HF, Н₂ и другие) в ходе горения основного заряда твердого топлива через перфорационные отверстия под большим давлением распространяется в призабойную зону скважины, образуя трещины и расплавляя асфальтены в порах призабойной зоны. Одновременно выделяющиеся галогеноводороды в водной среде взаимодействуют с карбонатными частицами, растворяя их и очищая тем самым поровое пространство призабойной зоны.

Так как элементы конструкции газогенератора выполнены из магния и его сплавов, при высокой температуре происходит взаимодействие магния с водой с выделением тепла и образованием гидроксида магния. Последний, взаимодействуя с галогеноводородами, образует водорастворимые соли магния, которые удаляются в ходе промывки скважины. При этом при взаимодействии магния с водой образуется значительное количество водорода, который при высокой температуре проникает глубоко в поры призабойной зоны и очищает их. Таким образом происходит самоуничтожение элементов конструкции газогенератора и решается проблема засорения скважины. Так как элементы конструкции газогенератора самоуничтожаются и проходное сечение насосно-компрессорных труб в зоне обработки скважины не уменьшается, ввод скважины в эксплуатацию не требует поднятия колонны насосно-компрессорных труб.

Использование двойного цилиндрического корпуса воспламенительного устройства позволяет снизить тепловые потери в окружающую среду в ходе сжатия газа внутри воспламенительного устройства.

1. Газогенератор для повышения дебита нефтяных и газовых скважин, включающий заряд твердого топлива, воспламенительное устройство в цилиндрическом корпусе с нижней частью, заглушенной пробкой из твердого топлива, и с верхней частью, в которой зафиксирован поршень, в верхней части которого расположен герметизирующий узел с возможностью его срезания при внешнем давлении, отличающийся тем, что в воспламенительном устройстве дополнительно размещен внутри цилиндрического корпуса цилиндр, скрепленный с корпусом в верхней и нижней частях с помощью кольцевых бортиков, причем в качестве герметизирующего узла использована разрывная мембрана, толщина которой определена расчетным предельным давлением в насосно-компрессорных трубах, определяющим начало обработки скважины, скрепленная с корпусом, в верхней части внутреннего цилиндра расположена втулка с поперечной перегородкой, в центре которой закреплена фиксирующая поршень шпилька, а в нижней части воспламенительного устройства в заглушке из твердого топлива расположена круглая пластина с диаметром, меньшим диаметра внешнего корпуса, зафиксирована снизу стопорной шайбой, причем между поршнем и круглой пластиной находится газ, обеспечивающий возможность при его сжатии запуска воспламенительного устройства, и вещество, обеспечивающее при его разложении увеличение температуры сжатого газа до значений горения твердого топлива, а заряд твердого топлива помещен в цилиндрическом корпусе с перфорированными стенками.

2. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что герметизирующая круглая пластина между внутренним цилиндрическим корпусом и стопорной шайбой, поршень и корпусы внешнего и внутреннего цилиндров воспламенительного устройства и заряда твердого топлива выполнены из легкоплавких сплавов на основе магния.

3. Газогенератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что для закрепления стопорной шайбы и заряда твердого топлива использована муфта, связанная с внешним цилиндрическим корпусом, с внутренней резьбой, изготовленная из сплава на основе магния.

4. Газогенератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что поршень включает скрепленную с ним вставку из твердого топлива.

5. Способ использования газогенератора для обработки нефтяных и газовых скважин и повышения их дебита, включающий спуск в скважину на заданную глубину на насосно-компрессорных трубах газогенератора с зарядом твердого топлива и воспламенительным устройством, которое заглушают пробкой из твердого топлива с круглой пластиной и в котором размещают цилиндр с поршнем, между которым и круглой пластиной размещают газ и вещество, обеспечивающее при его разложении увеличение температуры сжатого газа до значений горения твердого топлива, запуск воспламенительного устройства путем создания скачка давления в насосно-компрессорных трубах и сжатия газа, обеспечение горения заряда твердого топлива с резким повышением температуры и давления в зоне обработки.