Способ газодинамического воздействия в скважине и устройство для его осуществления
Изобретение относится к эксплуатации нефтяных скважин. Обеспечивает расширение возможности применения газогидравлического воздействия с использованием пороховых зарядов - устранение негерметичности обсадной колонны скважин, муфтовых соединений, вскрытых ранее пластов. Сущность изобретения: способ включает сборку бескорпусного секционного заряда путем пропускания составной штанги через центральный канал секций заряда, с конфигурацией центрального канала с развитой поверхностью, стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу, расположения ниже собранных секций заряда рассеивателя для отвода газового потока, образующегося при горении заряда, с проходными отверстиями, спуск и установку в интервал обработки, сжигание секций заряда, изготовленных из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде, сопровождающееся повышением температуры и образованием горячих пороховых газов. Согласно изобретению изолируют негерметичность скважины-колонны и вскрытых ранее пластов, для чего выше секций заряда располагают дополнительный рассеиватель потока. В центральный канал заряда и полости рассеивателей, прилегающие к секциям заряда, вводят изолирующее вещество с температурой плавления ниже температуры горения заряда. При этом полости рассеивателей заполняют и вязким инертным веществом так, что при возгорании секций заряда и создания в центральном канале заряда повышенного давления вязкое вещество первым выходит из рассеивателя и создает замкнутый объем в скважине в интервале обработки. По способу предусмотрено устройство с дополнительным рассеивателем для отвода газового потока, содержащее изолирующее вещество. 2 н.п. ф-лы.
Изобретение относится к средствам для добычи нефти.
Способ газодинамического воздействия пороховыми газами основан на механическом, тепловом и химическом воздействии газов на горные породы и насыщающие их флюиды. Для использования способа применяют пороховые газогенераторы давления ПГД.БК-100 М, ПГД. БК-150 и аккумуляторы давления АДС-150 [1].
Известен способ газогидравлического воздействия на пласт, включающий сборку бескорпусного секционного заряда путем пропускания деталей оснастки для сбора секций заряда, через центральный канал каждой секции заряда и стягивания их вплотную друг к другу деталями оснастки, спуск заряда в скважину и сжигание его секций, изготовленных из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной среде и кислотной среде, путем запуска узла воспламенения и последующего возгорания одной или нескольких воспламенительных секций заряда и основных секций заряда с образованием продуктов горения, повышения температуры и давления [2].
В воспламенительной секции заряда диаметр канала больше, чем в основных секциях. В качестве воспламенительной секции заряда используют опорную трубу с пиротехническими воспламенителями, в верхней части загерметизированную кабельной головкой, к которой прикреплен геофизический кабель с надетыми на него двумя основными секциями заряда с верхним наконечником, а в нижней части загерметизированную заглушкой с прикрепленным к ней тросом, на который вплотную к воспламенительной секции надевают три основных секции заряда. Спускают устройство в скважину и устанавливают его выше интервала перфорации на 2-4 метра. Поджигают воспламенительные секции, которые прожигают стенки труб и поджигают воспламенительную секцию заряда, а от нее основные секции заряда. Горение заряда происходит с канала. Боковая поверхность заряда имеет защитное покрытие, предохраняющее заряд от трения и ударов о колонну.
Применение этого способа не всегда дает положительный эффект. Это связано с тем, что заряды собраны на геофизическом кабеле, в местах стыка зарядов при их горении происходит перегрев и разрыв каротажного кабеля. Секции заряда разъединяются, что может привести к аварийной ситуации. Элементы оснастки, защитное покрытие, соединительные узлы заряда остаются в скважине. Имеет место перехлест кабеля.
Установка заряда в скважине выше интервала перфорации приводит к тому, что на обрабатываемый пласт воздействует давление скважинной жидкости, которой передается энергия газов.
В качестве наиболее близкого аналога принят способ газогидравлического воздействия на пласт [3], включающий сборку бескорпусного секционного заряда путем пропускания составной штанги через центральный канал каждой секции заряда. Стягивают и поджимают секции заряда вплотную друг к другу, устанавливают детали оснастки для безопасного спуска заряда в скважину и его горения. Устанавливают заряд в скважине так, чтобы секции заряда находились напротив перфорационных отверстий и осуществляют сжигание его секций, изготовленных из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной среде и кислотной среде. Для того, чтобы осуществить импульсное воздействие с высокой температурой и давлением, осуществляют горение секций заряда по всей поверхности, для этого используют бескорпусной заряд, а конфигурацию центрального канала секций заряда принимают с развитой поверхностью. Этот способ внедрен и успешно применяется на нефтегазовых месторождениях. Но в некоторых случаях результаты повышения нефтеотдачи невелики за счет того, что обсадная колонна негерметична и скважинная жидкость из обводнившихся пластов попадает в скважину. Кроме того, наличие трещины в колонне может привести к тому, что каротажный кабель может зацепиться за края трещины, что может привести к аварийной ситуации. В случае отсечения обводнившегося горизонта пласта, сложно надежно изолировать его от скважины, т.к. в этом случае необходимо изолировать не только перфорированную обсадную колонну, но и в прискважинной зоне изолировать сам перфорированный пласт (перфорационные каналы и трещины), иначе могут возникнуть заколонные перетоки по нарушенному цементному кольцу.
В качестве наиболее близкого аналога устройства выбран бескорпусный секционный заряд для газогидравлического воздействия [4] - это устройство предназначено для осуществления способа газогидравлического воздействия на пласт [3], включающий секции заряда без защитного покрытия изготовленные из составов, которые обеспечивают горение в водной, водонефтяной, кислотной средах. Секции заряда имеют центральный канал, конфигурация которого имеет форму с развитой поверхностью. Оснастка включает детали для сбора секций заряда и детали, обеспечивающие стягивание секций вплотную друг к другу. Для сбора секций заряда используют составную штангу, пропущенную через центральный канал каждой секции заряда, к обоим концам оснастки присоединены конусы-центраторы обтекаемой формы для стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу с диаметром, превышающим диаметр секций заряда, между секциями заряда установлены центрирующие кольца, превышающие по диаметру диаметр секций заряда, причем кольца изготовлены таким образом, чтобы не менялась динамика горения заряда. Между нижним конусом-центратором и секциями заряда расположен рассеиватель для отвода газового потока, образующегося при горении заряда.
Техническим результатом изобретения является восстановление герметичности обсадных колонн скважин, залечивание трещин как самих труб, так и муфтовых соединений. Кроме того, способ позволяет осуществить перекрытие пласта, вскрытого ранее перфорацией, т.е. залечить перфорационные отверстия, трещины в пласте в призабойной зоне скважины, что позволяет ликвидировать заколонные перетоки.
Необходимый технический результат достигается тем, что в способе газодинамического воздействия в скважине, включающем сборку бескорпусного секционного заряда путем пропускания составной штанги через центральный канал секций заряда, с конфигурацией центрального канала с развитой поверхностью, стягивания и поджатия секции заряда вплотную друг к другу, расположения ниже собранных секций заряда рассеивателя отвода газового потока, образующегося при горении заряда, с проходными отверстиями, спуск и установку в интервал обработки, сжигание секций заряда, изготовленных из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде, сопровождающееся повышением температуры и образованием горячих пороховых газов, согласно изобретению изолируют негерметичности колонны скважин, негерметичности вскрытых ранее пластов, для чего исследуют негерметичность, в состав, из которого изготовлены секции заряда или во внутреннюю полость заряда, представляющую собой центральный канал секций заряда и внутреннюю полость рассеивателя отвода газового потока вводят изолирующее вещество с температурой плавления ниже температуры горения заряда, например стекло, которое при горении заряда расплавляется и вместе с пороховыми газами под давлением попадает на стенки колонны, негерметичности в ней, негерметичности вскрытых ранее пластов, застывает и залечивает их, при этом рассчитывают количество изолирующего вещества, чтобы оно было достаточным, чтобы залечить негерметичность, а масса секций заряда достаточной, чтобы расплавить изолирующее вещество и под давлением доставить его в интервал негерметичности.
Кроме того, до проведения воздействия отделяют в скважине зону в интервале интервала от всего ствола скважинной жидкости, создавая пакер, для этого располагают выше собранных секций заряда дополнительный рассеиватель отвода газового потока, при этом рассеиватели выполняют так, что им дополнительно добавляют цилиндрические части без проходных отверстий, которые располагают со сторон собранных секций зарядов, центральный канал секций заряда и прилегающую к нему внутреннюю полость частей рассеивателей без проходных отверстий заполняют изолирующим веществом, а внутренние полости части рассеивателей с проходными отверстиями заполняют высоковязким инертным веществом, которое при возгорании секций заряда и создании во внутренней полости заряда повышенного давления первое выходит из отверстий рассеивателя, тем самым создавая замкнутый объем в скважине в интервале обработки.
Устройство для газогидравлического воздействия в скважине, включающее секции бескорпусного заряда с центральным каналом, конфигурация которого имеет форму с развитой поверхностью, изготовленные из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной средах, и оснастку, включающую составную штангу, пропущенную через центральный канал каждой секции заряда, рассеиватель с проходными отверстиями для отвода газового потока, образующегося при горении заряда, детали для поджатия секций заряда вплотную друг к другу, детали для обеспечения безопасного горения и центрирования заряда в скважине, согласно изобретению в состав, из которого изготовлены секции заряда или во внутреннюю полость заряда, представляющую собой центральный канал секций заряда и внутреннюю полость рассеивателя отвода газового потока введено изолирующее вещество с температурой плавления ниже температуры горения секций заряда, например стекло, а для обеспечения герметичности внутренней полости заряда, места сочленения секций заряда, места сочленения секций заряда и рассеивателя выполнены герметично, отверстия рассеивателя загерметизированы от внешней среды кожухом или пробками, обеспечивающими разгерметизацию рассеивателя при горении заряда, а диаметр секций заряда, конфигурация центрального канала секции заряда и внутренний объем рассеивателя выполнены так, чтобы обеспечить доставку в интервал обработки пласта необходимого объема изолирующего вещества.
Кроме того, выше собранных секций заряда установлен дополнительный рассеиватель отвода газового потока, при этом рассеиватели выполнены так, что им дополнительно добавлены цилиндрические части без проходных отверстий, расположенные со сторон собранных секций зарядов, центральный канал секций заряда и прилегающую к нему внутреннюю полость частей рассеивателей без проходных отверстий заполняют изолирующим веществом, а внутренние полости части рассеивателей с проходными отверстиями заполняют высоковязким инертным веществом, например глицерином.
Способ осуществляют следующим образом. Определяют характер негерметичности: трещины в обсадной колонне или в муфтовых соединениях, либо перфорационные отверстия в обсадной колонне и пласте, вскрытые ранее перфорацией, которые необходимо залечить. Исследуют негерметичность: определяют месторасположение, длину трещины, если есть данные скважинного телевизора, то исследуют раскрытость трещины, либо размер и количество перфорационных отверстий.
Исходя из геометрических размеров негерметичности, места ее расположения рассчитывают количество изолирующего вещества, например порошкообразного стекла или кремния, необходимого для залечивания негерметичности. Рассчитывают вес порохового заряда, достаточный чтобы расплавить рассчитанное количество вещества и доставить его под давлением на прогретые стенки колонны в интервале негерметичности (горячее изолирующее вещество лучше закрепляется к горячей колонне) и (или) перфорационные отверстия в пласте. Используют либо заряд, при изготовлении которого изолирующее вещество вводят в состав, из которого изготовляют секций заряда, либо изолирующее вещество помещают во внутреннюю полость заряда, представляющую собой центральный канал секций заряда и внутреннюю полость рассеивателя отвода газового потока.
Собранный заряд соединяют с кабельным наконечником и на геофизическом кабеле располагают в скважине так, чтобы секции заряда находились напротив интервала негерметичности (трещины в колонне или перфорационные отверстия). По команде с поверхности поджигают секции заряда, при сгорании которых образуются горячие пороховые газы. Так температура горения секций заряда ЗГРП01-1, выпускаемого серийно, составляет 2200 градусов. Т.к. температура плавления изолирующего вещества, например, стекла, ниже температуры горения секций заряда, то оно расплавляется и вместе с пороховыми газами под давлением попадает на нагретые стенки обсадной колонны и (или) перфорационные отверстия и трещины в перфорированном ранее пласте, изолирующее вещество остывает и залечивает негерметичности. В случае, если геометрические размеры негерметичности велики, то операцию можно повторить, установив заряд в том же интервале или передвинув его выше или ниже по колонне.
Для того чтобы локализовать эффект воздействия, чтобы изолирующее вещество попадало на обсадную колонну в выбранном интервале, отделяют в скважине зону в интервале обработки от всего ствола скважиной жидкости, создавая пакер. Для этого располагают выше собранных секций заряда дополнительный рассеиватель отвода газового потока, т.е. собранные секции заряда снабжены рассеивателями с двух сторон - с нижней и с верхней. Кроме того, рассеиватели выполняют так, что им дополнительно добавляют цилиндрические части без проходных отверстий, которые располагают со сторон собранных секций зарядов. Центральный канал секций заряда и прилегающую к нему внутреннюю полость частей рассеивателей без проходных отверстий заполняют изолирующим веществом, а внутренние полости части рассеивателей с проходными отверстиями заполняют высоковязким инертным веществом, например глицерином или вязкоупругим составом на основе полиакриламида или гипана, которое при возгорании секций заряда и создании во внутренней полости заряда повышенного давления первое выходит из отверстий рассеивателя, тем самым, создавая замкнутый объем в скважине в интервале обработки.
Устройство по способу включает секции бескорпусного заряда, изготовленные из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной средах, например из баллиститного ракетного твердого топлива. Секции заряда имеют центральный канал, конфигурация которого имеет форму с развитой поверхностью. Оснастка включает составную металлическую штангу (составленную из нескольких элементов), пропущенную через центральный канал каждой секции заряда. Использование составной штанги позволяет собирать заряд из разного количества секций и упростить доставку штанги на скважину. Заряд включает детали для поджатия секций заряда вплотную друг к другу - конусы-центраторы, которые имеют обтекаемую форму для снижения механической нагрузки на штангу. Их диаметр превышает диаметр секций заряда, что позволяет предохранять заряд от трения и ударов о колонну. Кроме того, заряд включает детали для обеспечения безопасного горения и центрирования заряда в скважине - центрирующие кольца, установленные между секциями заряда, по диаметру превышающие диаметр секций заряда, не позволяющие смещаться секциям зарядам относительно друг друга, и в случае изгиба штанги в наклонной скважине касаться стенок обсадной колонны. Кольца изготовлены таким образом, чтобы не менялась динамика горения заряда. Между собранными секциями заряда и конусом-центратором с нижней стороны заряда установлен рассеиватель отвода газового потока, образующегося при горении заряда, с проходными отверстиями. В состав, из которого изготовлены секции заряда или во внутреннюю полость заряда, представляющую собой центральный канал секций заряда и внутреннюю полость рассеивателя отвода газового потока введено изолирующее вещество с температурой плавления ниже температуры горения секций заряда, например стекло. Для увеличения внутренней полости заряда, повышения безопасности горения заряда и возможности создания пакера в скважине устройство может включать дополнительный рассеиватель, установленный между собранными секциями заряда и конусом-центратором с верхней стороны заряда, а также рассеиватели могут быть снабжены дополнительно цилиндрическими частями без проходных отверстий, расположенные со сторон собранных секций зарядов. Центральный канал секций заряда и прилегающие к нему внутренние полости частей рассеивателей без проходных отверстий заполняют изолирующим веществом, а внутренние полости части рассеивателей с проходными отверстиями заполняют высоковязким инертным веществом, например глицерином. Для того чтобы глицерин и стекло не попали в скважинную жидкость при спуске заряда в скважину, обеспечивают герметичность внутренней полости заряда. Для этого места сочленения секций заряда, места сочленения секций заряда и рассеивателя выполнены герметично, отверстия рассеивателя загерметизированы от внешней среды кожухом или пробками. При возгорании заряда и нарастании давления во внутренней полости заряда отверстия рассеивателя открываются, вначале вытекает глицерин, перекрывает как пакер участок скважины, где находится негерметичность, а после этого с парами газа под давлением стекло попадает на стенки колонны, трещины на ней, перфорационные отверстия, подлежащие герметизации, застывает и залечивает негерметичности. Для увеличения количества изолирующего вещества, доставляемого в интервал обработки, внутренний объем заряда может быть увеличен за счет увеличения диаметра секций заряда и рассеивателя и изменения конфигурации центрального канала секции заряда.
Преимуществом способа является то, что появляется возможность осуществить изоляцию обсадной колонны, находящуюся на глубине 1500-4000 метров от поверхности - остеклить обсадную колонну или перекрыть пласт с помощью устройства, спускаемого на кабеле. При этом время проведения ремонтных работ, в зависимости от величины негерметичности, составляет от нескольких часов до 1-2 суток. Кроме того, герметизирующий слой вещества невелик, что не мешает беспрепятственной доставке оборудования в скважину.
Список литературы
1. Прострелочно-взрывная аппаратура: Справочник / Л.Я.Фридляндер, В.А.Афанасьев, Л.С.Воробьев и др.; Под ред. Л.Я.Фриддяндера, - 2-е изд. Перераб. и доп. - М., Недра, 1990, Раздел 4. Пороховые генераторы и аккумуляторы давления, стр.107-108.
2. Прострелочно-взрывная аппаратура: Справочник / Л.Я.Фридляндер, В.А.Афанасьев, Л.С.Воробьев и др.; Под ред. Л.Я.Фридляндера, - 2-е изд. Перераб. и доп. - М., Недра, 1990, Раздел 4.1. Пороховые генераторы давления, стр.109-112.
3. Патент на изобретение РФ №2187633. Способ газогидравлического воздействия на пласт. Патентообладатель Падерин М.Г., по заявке №2001123722, приоритет от 28.08.2001, авторы Падерин М.Г., Ефанов Н.М., Падерина Н.Г.
4. Патент на изобретение №2178072. «Заряд бескорпусный секционный для газогидравлического воздействия на пласт». Патентообладатель Падерин М.Г., по заявке №2000126461 от 23.10.2000 г.
1. Способ газодинамического воздействия в скважине, включающий сборку бескорпусного секционного заряда путем пропускания составной штанги через центральный канал секций заряда с конфигурацией центрального канала с развитой поверхностью, стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу, расположения нижесобранных секций заряда рассеивателя для отвода газового потока, образующегося при горении заряда, с проходными отверстиями, спуск и установку в интервал обработки, сжигание секций заряда, изготовленных из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной средах, сопровождающееся повышением температуры и образованием горячих пороховых газов, отличающийся тем, что изолируют негерметичность скважины-колонны и вскрытых ранее пластов, для чего выше секций заряда располагают дополнительный рассеиватель потока, а в центральный канал заряда и полости рассеивателей, прилегающие к секциям заряда, вводят изолирующее вещество с температурой плавления ниже температуры горения заряда, при этом полости рассеивателей заполняют и вязким инертным веществом так, что при возгорании секций заряда и создании в центральном канале заряда повышенного давления вязкое вещество первым выходит из рассеивателя и создает замкнутый объем в скважине в интервале обработки.
2. Устройство для газодинамического воздействия в скважине, включающее секции бескорпусного заряда с центральным каналом, конфигурация которого имеет форму с развитой поверхностью, изготовленные из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной средах, и оснастку, включающую составную штангу, пропущенную через центральный канал каждой секции заряда, рассеиватель с проходными отверстиями для отвода газового потока, образующегося при горении заряда, детали для поджатия секций заряда вплотную друг к другу, детали для обеспечения безопасного горения и центрирования заряда в скважине, отличающееся тем, что выше секций заряда установлен дополнительный рассеиватель для отвода газового потока, при этом рассеиватели выполнены так, что им дополнительно добавлены цилиндрические части без проходных отверстий, в центральный канал секций заряда и внутренние полости рассеивателей без проходных отверстий со стороны секций заряда введено изолирующее вещество с температурой плавления ниже температуры горения секций заряда, внутренние полости рассеивателей с проходными отверстиями заполнены вязким инертным веществом, отверстия рассеивателя загерметизированы от внешней среды кожухом или пробками с возможностью разгерметизации рассеивателей при горении заряда.
