Устройство для обработки призабойной зоны скважины и способ обработки призабойной зоны скважины
Владельцы патента RU 2329374:
Казанский государственный энергетический университет (КГЭУ) (RU)
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для повышения эффективности обработки призабойной зоны скважины. В устройстве для обработки призабойной зоны скважины, включающем воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму и приемную камеру, выполненную из легкого упругопластичного материала, разрушаемого при сгорании размещенной в ней твердой газогенерирующей композиции - ТГК, состоящей из двух частей, где первая часть, обращенная к воздушной камере, выполнена из сгораемой высокопрочной с малогазовым выделением композиции СВК, вторая часть ТГК выполнена из кислотогенерирующей композиции КГК, размещенной в контакте с СВК и с разрушаемой тарированной диафрагмой на верхнем конце приемной камеры, устройство снабжено соединенной муфтой, выполненной с отверстиями для проникновения скважинной жидкости, с воздушной камерой, выполненной длиной 1,5-3 м, дополнительной приемной камерой, в которой размещены СВК с воспламенителем и тарированная полимерная диафрагма, и дополнительной воздушной камерой, выполненной длиной 20-50 м, соединенной муфтой с указанной дополнительной приемной камерой, СВК выполнена из смеси, мас.%: нитрат аммония 30-40, перманганат калия 5-10, эпоксидный компаунд - смесь смолы ЭД-20, пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М 50-70, а КГК выполнена из смеси состава, мас.%: нитрат аммония 12-16, бихромат калия 1-3, азотнокислый барий 5-8, алюминий АСД-1 0,7-0,8, термит железоалюминиевый 14-16, гексахлоран 20-30, политетрафторэтилен 20-30, указанный эпоксидный компаунд 5-10. Способ обработки призабойной зоны скважины включает доставку в забой на кабель-тросе указанного выше устройства, сгорание и образование максимального количества химических агентов при повышенном давлении в интервале обработки, раскрытие воздушной камеры путем срабатывания тарированной диафрагмы от сгорания СВК с осуществлением гидравлического удара, технологическую выдержку для глубокого реагирования выделившихся при сгорании КГК плавиковой и соляной кислот с породой, спуск указанного устройства с размещением соединительной муфты с отверстиями на уровне обработанного пласта и осуществление раскрытия дополнительной воздушной камеры путем последовательного срабатывания размещенных в дополнительной приемной камере СВК с воспламенителем и разрушаемой тарированной диафрагмы со срабатыванием воспламенителя от электрического импульса. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для повышения эффективности обработки призабойной зоны скважины.
Известно устройство для вскрытия и обработки призабойной зоны скважины, включающее корпусной кумулятивный перфоратор с головкой. Корпус имеет загерметизированные боковые отверстия. Устройство имеет также кумулятивные заряды, наконечник перфоратора и дополнительный герметичный корпус в виде воздушной камеры с атмосферным давлением, размещенный между корпусом и головкой перфоратора. Между корпусом и наконечником перфоратора размещен второй дополнительный, герметичный корпус - воздушная камера с атмосферным давлением (патент РФ № 2114984, кл. Е21В 43/117, 1998 г.).
Недостатком известного устройства является невысокая эффективность очистки призабойной зоны от загрязнений и опасность, связанная с использованием в устройстве взрывчатых веществ.
Известен способ обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления по патенту РФ № 2173775, кл. Е21В 43/27, 2001 г.
Способ обработки призабойной зоны скважины включает доставку в забой на кабель-тросе устройства, состоящего из воздушной камеры, заканчивающейся приемной камерой с расположенной в ней твердой композицией, выделяющей при сгорании плавиковую и соляную кислоты, сгорание композиции в приемной камере и образование нагретых газообразных продуктов при повышенном давлении в интервале обработки, технологическую выдержку для более глубокого реагирования плавиковой и соляной кислот с породой, раскрытие воздушной камеры и вынос загрязнений из призабойной зоны пласта путем срабатывания установленной на ее дне сгораемой диафрагмы с воспламенителем, причем срабатывание воспламенителя сгораемой диафрагмы воздушной камеры выполняют от электрического импульса, подаваемого с устья скважины по кабель-тросу.
Устройство включает воздушную камеру с атмосферным давлением, на дне которой установлена сгораемая диафрагма с воспламенителем с возможностью срабатывания воздушной камеры после технологической выдержки, диафрагму и приемную камеру с размещенной в ней газогенерирующей композицией, при этом между сгораемой диафрагмой и верхним торцом газогенерирующей композиции выполнена полость с технологическими окошками для непосредственного проникновения скважинной жидкости в воздушную камеру.
Недостатком известного способа и устройства является невысокая эффективность обработки призабойной зоны пласта ввиду незначительного выделения химических агентов, малого проникновения нагретой рабочей жидкости (кислоты) в обрабатываемый пласт и недостаточного удаления загрязнений из призабойной зоны пласта.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму и приемную камеру. Приемная камера выполнена из легкого упругопластичного материала, разрушаемого по мере сгорания размещенной в ней твердой газогенерирующей композиции ТГК, состоящей из двух частей. Первая часть, обращенная к воздушной камере, выполнена из сгораемой высокопрочной с малогазовым выделением композиции СВК. Вторая часть сформирована из газогенерирующей при сгорании композиции (патент РФ № 2138630, кл. Е21В 43/25, 1999 г. - прототип).
Недостатком известного устройства является невысокая эффективность обработки призабойной зоны скважины, сложенной из терригенных пород с различной карбонатностью. Ввиду химической инертности образующихся при горении газов к породе пласта они не способны увеличить пористость и проницаемость терригенного коллектора.
В предлагаемом изобретении решается задача повышения эффективности технологии обработки призабойной зоны пласта путем более глубокого проникновения рабочей среды (химические агенты, газы и др.) в продуктивный пласт и интенсивного растворения породы при полном выносе загрязнений из призабойной зоны пласта.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для обработки призабойной зоны скважины, включающем воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму и приемную камеру, выполненную из легкого упругопластичного материала, разрушаемого при сгорании размещенной в ней твердой газогенерирующей композиции ТГК, состоящей из двух частей, где первая часть, обращенная к воздушной камере, выполнена из сгораемой высокопрочной с малогазовым выделением композиции СВК, вторая часть ТГК выполнена из кислотогенерирующей композиции, размещенной в контакте с СВК и с разрушаемой тарированной диафрагмой на верхнем конце приемной камеры, устройство снабжено соединенной муфтой, выполненной с отверстиями для проникновения скважинной жидкости, с воздушной камерой, выполненной длиной 1,5-3 м, дополнительной приемной камерой, в которой размещены СВК с воспламенителем и тарированная полимерная диафрагма, и дополнительной воздушной камерой, выполненной длиной 20-50 м, соединенной муфтой с указанной дополнительной приемной камерой, СВК выполнена из смеси состава, мас.%:
| Нитрат аммония | 30-40 |
| Перманганат калия | 5-10 |
| Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20 | |
| пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М) | 50-70 |
а кислотогенерирующая композиция выполнена из смеси состава, мас.%:
| Нитрат аммония | 12-16 |
| Бихромат калия | 1-3 |
| Азотнокислый барий | 5-8 |
| Алюминий АСД-1 | 0,7-0,8 |
| Термит железоалюминиевый | 14-16 |
| Гексахлоран | 20-30 |
| Политетрафторэтилен | 20-30 |
| Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20 | |
| пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М) | 5-10 |
Для достижения технического результата способ обработки призабойной зоны скважины включает доставку в забой на кабель-тросе указанного устройства, сгорание и образование максимального количества химических агентов при повышенном давлении в интервале обработки, раскрытие воздушной камеры путем срабатывания тарированной диафрагмы от сгорания СВК с осуществлением гидравлического удара, технологическую выдержку для глубокого реагирования выделившихся при сгорании кислотогенерирующей композиции плавиковой и соляной кислот с породой, спуск указанного устройства с размещением соединительной муфты с отверстиями на уровне обработанного пласта и осуществление раскрытия дополнительной воздушной камеры путем последовательного срабатывания размещенных в дополнительной приемной камере СВК с воспламенителем и разрушаемой тарированной диафрагмы со срабатыванием воспламенителя от электрического импульса.
Устройство смоделировано и разработано на прикладном программном средстве «Моделирование процесса горения твердого топлива» и выполнено по гранту Президента РФ №2156.2004.8. Стендовые испытания подтвердили работоспособность устройства.
При работе нефтедобывающих скважин происходит постепенное снижение продуктивности за счет кольматации призабойной зоны. Предложенное устройство и способ позволяют решать задачу эффективной очистки призабойной зоны от кольматирующих элементов и тем самым увеличения продуктивности скважины.
На чертеже представлено предлагаемое устройство.
Устройство включает подсоединенную к кабельной головке 1 дополнительную воздушную камеру 2, соединенную через муфту 3 с дополнительной приемной камерой 4, где располагается сгораемая высокопрочная композиция 5 и разрушаемая тарированная диафрагма 6, усиленная фиксаторами 7; воздушную камеру 8, подсоединенную муфтой с отверстиями 9 к дополнительной приемной камере 4 и соединенную через муфту 10 с металлическим переходником 11 приемной камеры 12, выполненной из упругопластичного материала с герметизирующим слоем 13, на нижнем конце которой расположена твердая кислотогенерирующая композиция 14, размещенная в контакте со сгораемой высокопрочной композицией 15 с разрушаемой тарированной диафрагмой 16 на верхнем конце. Срабатывание устройства осуществляется с устья скважины через соединительные провода 17 посредством инициирования узлов воспламенения 18 и 19 соответственно сгораемой высокопрочной композиции 5 и твердой кислотогенерирующей композиции 14.
Устройство работает следующим образом.
Устройство спускают на кабель-тросе (не показан), подсоединенном к кабельной головке 1 на забой скважины, и устанавливают приемную камеру 12 в интервале обрабатываемого пласта. С устья скважины через кабель-трос подают электрический импульс на узел воспламенения 19 твердой кислотогенерирующей композиции 14. После воспламенения и послойного горения кислотогенерирующей композиции выделяются газообразные химически активные агенты, которые в конечном итоге образуют рабочую среду (смесь состоящую из газообразных химических агентов, плавиковой и соляной кислот и др.). При этом также послойно сгорает и корпус 12 (материал - поливинилхлорид). Нагретые химически активные газы создают в области интервала обработки повышенное давление и задавливают рабочую среду в поры и трещины призабойной зоны, расплавляя находящиеся в них загрязнения и растворяя породу терригенного коллектора, тем самым увеличивая пористость и проницаемость призабойной зоны. Кислотогенерирующая композиция 14 в конце сгорания воспламеняет сгораемую высокопрочную композицию 15. Догорание СВК и срабатывание разрушаемой тарированной диафрагмы 16 (рассчитана на давление срабатывания 10 МПа) приводит к раскрытию воздушной камеры 8 длиной 1,5-3 м. Данный диапазон длины воздушной камеры (1,5-3 м) является оптимальным для обеспечения значения максимального повышения давления Р≈160-180 МПа на рабочую среду за счет гидравлического удара при диаметре камеры 0,089 м, давлении разрушения мембраны 30 МПа и плотности рабочего агента 1000 кг/м3 (согласно Попову А.А. Имплозия в процессах нефтедобычи. - М.: Недра. - 1996. С.94 и стендовым испытаниям устройства). За счет гидравлического удара осуществляется более глубокое проникновение химических агентов в продуктивный пласт. Далее, с устья скважины осуществляют спуск устройства, необходимый для установки соединительной муфты с отверстиями 9 напротив обрабатываемого пласта, и подают после технологической выдержки через кабель-трос электрический импульс на узел воспламенения 18 сгораемой высокопрочной композиции 5 в дополнительной приемной камере 4. Воспламенение и послойное сгорание высокопрочной композиции 5 приводит к разрушению тарированной диафрагмы 6 (рассчитана на давление срабатывания 10 МПа) и срабатыванию дополнительной воздушной камеры 2 длиной 20-50 м. Данный диапазон длины воздушной камеры (20-50 м) является оптимальным для обеспечения значения максимального снижения давления Р≈7-10 МПа в забое при диаметре камеры 0,076 м, давлении разрушения мембраны 30 МПа и плотности рабочего агента 1000 кг/м3 (согласно Попову А.А. Имплозия в процессах нефтедобычи. - М.: Недра. - 1996. С.94 и стендовым испытаниям устройства). После раскрытия дополнительной воздушной камеры 2 за счет резкого снижения давления на забое в нее устремляется поток скважинной жидкости с загрязнениями и кольматирующими элементами, обеспечивая тем самым более полную очистку призабойной зоны скважины. Устройство извлекают из скважины.
Пример 1 (стендовые испытания)
Выполняют обработку призабойной зоны нефтедобывающей скважины глубиной 1700 м с нефтяным пластом в терригенном коллекторе. Выполняют доставку в забой на кабель-тросе устройства, в приемной камере которого в качестве кислотогенерирующей композиции используют смесь, имеющую состав, мас.%:
| Нитрат аммония | 15 |
| Бихромат калия | 2 |
| Азотнокислый барий | 7 |
| Алюминий АСД-1 | 0,8 |
| Термит железоалюминиевый | 15,2 |
| Гексахлоран | 26 |
| Политетрафторэтилен | 26 |
| Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20 | |
| пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М) | 8 |
а в качестве сгораемой высокопрочной композиции используют смесь, включающую, мас.%:
| Нитрат аммония | 35 |
| Перманганат калия | 5 |
| Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20 | |
| пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М) | 60 |
Этот же состав имеет и сгораемая высокопрочная композиция дополнительной приемной камеры. Воздушная камера имеет диаметр 0,089 м, длину 1,5 м, а дополнительная воздушная камера - диаметр 0,076 м, длину 20 м, снабженные тарированными крешерными приборами для определения давлений. При подаче электрического импульса воспламеняется кислотогенерирующая композиция, при послойном горении которой нагретые газы, включающие плавиковую и соляную кислоты, создают давление, задавливая рабочую среду в поры и трещины призабойной зоны. В конце сгорания кислотогенерирующей композиции воспламеняется сгораемая высокопрочная композиция и при давлении 30 МПа срабатывает тарированная диафрагма. Происходит раскрытие воздушной камеры и гидравлический удар, максимальное давление которого составляет 180 МПа, которое фиксируется крешерным прибором. Рабочая среда вдавливается в продуктивный пласт. Далее, с устья скважины осуществляют спуск устройства на 3 м, необходимый для установки соединительной муфты с отверстиями напротив обрабатываемого пласта, осуществляют технологическую выдержку в течение 15 мин и подают электрический импульс на воспламенитель сгораемой высокопрочной композиции дополнительной приемной камеры. Сгорание композиции приводит к разрушению тарированной диафрагмы при давлении 30 МПа, раскрывающей дополнительную воздушную камеру, и сбросу давления до 10 МПа, что также фиксируется крешерным прибором. Снижение давления на забое приводит к тому, что обеспечивается вынос загрязнений из призабойной зоны пласта.
Пример 2
Выполняют, как пример 1, при этом воздушная камера имеет длину 3 м и диаметр 0,089 м, дополнительная воздушная камера имеет длину 50 м и диаметр 0,076 м.
В качестве кислотогенерирующей композиции используют смесь, включающую, мас.%:
| Нитрат аммония | 12 |
| Бихромат калия | 1 |
| Азотнокислый барий | 5 |
| Алюминий АСД-1 | 0,7 |
| Термит железоалюминиевый | 14,3 |
| Гексахлоран | 30 |
| Политетрафторэтилен | 30 |
| Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20 | |
| пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М) | 7 |
В качестве высокопрочной сгораемой диафрагмы используют смесь, включающую, мас.%:
| Нитрат аммония | 35 |
| Перманганат калия | 10 |
| Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20 | |
| пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М) | 55 |
В этом примере максимальное давление гидравлического удара составляет 160 МПа, а срабатывание дополнительной воздушной камеры обеспечивает сброс давления до 70 МПа.
В результате проницаемость призабойной зоны пласта, сложенного из терригенной породы, увеличивается, а дебит скважин возрастает на 45%.
Применение технического решения позволит повысить продуктивность скважин.
1. Устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму и приемную камеру, выполненную из легкого упругопластичного материала, разрушаемого при сгорании размещенной в ней твердой газогенерирующей композиции - ТГК, состоящей из двух частей, где первая часть, обращенная к воздушной камере, выполнена из сгораемой высокопрочной с малогазовым выделением композиции - СВК, отличающееся тем, что вторая часть ТГК выполнена из кислотогенерирующей композиции, размещенной в контакте с СВК и с разрушаемой тарированной диафрагмой на верхнем конце приемной камеры, устройство снабжено соединенной муфтой, выполненной с отверстиями для проникновения скважинной жидкости, с воздушной камерой, выполненной длиной 1,5-3 м, дополнительной приемной камерой, в которой размещены СВК с воспламенителем и тарированная полимерная диафрагма, и дополнительной воздушной камерой, выполненной длиной 20-50 м, соединенной муфтой с указанной дополнительной приемной камерой, СВК выполнена из смеси состава, мас.%:
| нитрат аммония | 30-40 |
| перманганат калия | 5-10 |
| эпоксидный компаунд - смесь смолы ЭД-20, | |
| пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М | 50-70, |
а кислотогенерирующая композиция выполнена из смеси состава, мас.%:
| нитрат аммония | 12-16 |
| бихромат калия | 1-3 |
| азотнокислый барий | 5-8 |
| алюминий АСД-1 | 0,7-0,8 |
| термит железоалюминиевый | 14-16 |
| гексахлоран | 20-30 |
| политетрафторэтилен | 20-30 |
| эпоксидный компаунд - смесь смолы ЭД-20, | |
| пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М | 5-10. |
2. Способ обработки призабойной зоны скважины, включающий доставку в забой на кабель-тросе устройства по п.1, сгорание и образование максимального количества химических агентов при повышенном давлении в интервале обработки, раскрытие воздушной камеры путем срабатывания тарированной диафрагмы от сгорания СВК, с осуществлением гидравлического удара, технологическую выдержку для глубокого реагирования выделившихся при сгорании кислотогенерирующей композиции плавиковой и соляной кислот с породой, спуск указанного устройства с размещением соединительной муфты с отверстиями на уровне обработанного пласта и осуществление раскрытия дополнительной воздушной камеры путем последовательного срабатывания размещенных в дополнительной приемной камере СВК с воспламенителем и разрушаемой тарированной диафрагмы со срабатыванием воспламенителя от электрического импульса.
