Устройство для обработки призабойной зоны скважины и способ обработки призабойной зоны скважины
Владельцы патента RU 2330951:
Казанский государственный энергетический университет (КГЭУ) (RU)
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для повышения эффективности обработки призабойной зоны скважины. Устройство для обработки призабойной зоны скважины содержит воздушную камеру длиной 20-50 м с атмосферным давлением и приемную перфорированную металлическую камеру с размещенной в ней твердой газогенерирующей композицией - ТГК, состоящей из двух частей, где первая часть, обращенная к воздушной камере, выполнена из сгораемой высокопрочной с малогазовым выделением композиции - СВК, вторая часть ТГК - из термогенерирующей композиции, указанная приемная камера снабжена на ее верхнем торце разрушаемой тарированной диафрагмой и соединена муфтой, выполненной с отверстиями, с дополнительной приемной камерой, в которой размещена СВК, воспламенитель и тарированная полимерная диафрагма, соединенной муфтой с дополнительной воздушной камерой, выполненной длиной 1,5-2,5 м, СВК выполнена из смеси состава, мас.%: перхлорат аммония 35-40, эпоксидный компаунд - смесь смолы ЭД-20, пластификатор ЭДОС и отвердитель АФ-2М 65-60, а термогенерирующая композиция выполнена из смеси состава, мас.%: нитрат аммония 35,0-38,0, перманганат калия 1,0-2,8, азотно-кислый барий 14,0-14,5, термит железоалюминиевый 30,0-31,5, алюминий АСД-1 1,0-1,5, эпоксидная смола ЭД-20 12,4-13,0, пластификатор ЭДОС 0,5-0,7, отвердитель АФ-2 1,8-2,3. Способ обработки призабойной зоны скважины включает доставку в забой на кабель-тросе указанного выше устройства, установку его муфты с отверстиями напротив обрабатываемого пласта, раскрытие воздушной камеры путем срабатывания тарированной диафрагмы от послойного сгорания ТГК с образованием газов, нагретых до высоких температур при повышенном давлении в интервале обработки, вынос загрязнений из призабойной зоны пласта, технологическую выдержку, обеспечивающую прогрев породы, раскрытие дополнительной воздушной камеры путем последовательного срабатывания размещенных в дополнительной приемной камере воспламенителя, СВК и разрушаемой тарированной диафрагмы, причем срабатывание воспламенителя выполняют 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.).
Недостатками известного устройства являются невысокая эффективность очистки призабойной зоны от загрязнений и опасность, связанная с использованием в устройстве взрывчатых веществ.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму и приемную камеру, в полости которой размещена сгораемая твердая газогенерирующая композиция, состоящая из двух частей. Первая часть, обращенная к воздушной камере, выполнена из сгораемой высокопрочной и с малогазовым выделением композиции. Вторая часть снаряжена материалом из газогенерирующей при сгорании композиции, на участке расположения которой по боковой поверхности корпуса приемной камеры выполнены предварительно загерметизированные отверстия (патент РФ № 2075597, кл. Е21В 43/25, 1997 г. - прототип).
Недостатком работы устройства является трудность выноса в процессе имплозии закупоривающих поры пласта отложений парафина, смол и асфальтенов, имеющих высокую вязкость и адгезию к поверхности пор породы, что приводит к недостаточному очищению пор пласта в призабойной зоне от загрязнений.
Известен способ обработки призабойной зоны скважины, включающий доставку в забой на кабель-тросе устройства, состоящего из воздушной камеры, заканчивающейся приемной камерой с расположенной в ней твердой композицией, сгорание композиции в приемной камере и образование нагретых газообразных продуктов при повышенном давлении в интервале обработки, технологическую выдержку для более глубокого реагирования газов с породой, раскрытие воздушной камеры путем срабатывания установленной на ее дне сгораемой диафрагмы с воспламенителем и вынос загрязнений из призабойной зоны пласта, причем срабатывание воспламенителя сгораемой диафрагмы воздушной камеры выполняют от электрического импульса, подаваемого с устья скважины по кабель-тросу (патент РФ № 2173775, кл. Е21В 43/27, 2001 г. - прототип).
Недостатком известного способа является невысокая эффективность обработки призабойной зоны пласта ввиду незначительного выделения химических агентов и малого проникновения нагретой рабочей жидкости (кислоты) в обрабатываемый пласт.
Изобретением решается задача повышения эффективности технологии обработки призабойной зоны пласта путем эффективного прогрева продуктивного пласта с последующим выносом загрязнений из призабойной зоны пласта и создания дополнительной сети трещин.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для обработки призабойной зоны скважины, включающем воздушную камеру с атмосферным давлением и приемную перфорированную металлическую камеру с размещенной в ней твердой газогенерирующей композицией - ТГК, состоящей из двух частей, где первая часть, обращенная к воздушной камере, выполнена из сгораемой высокопрочной с малогазовым выделением композиции - СВК, указанная воздушная камера выполнена длиной 20-50 м, вторая часть ТГК выполнена из термогенерирующей композиции, указанная приемная камера снабжена на ее верхнем торце разрушаемой тарированной диафрагмой и соединена муфтой, имеющей отверстия, с дополнительной приемной камерой, в которой размещены СВК, воспламенитель и тарированная полимерная диафрагма, соединенная муфтой с дополнительной воздушной камерой, выполненной длиной 1,5-2,5 м, СВК выполнена из смеси состава, мас.%:
| Перхлорат аммония (ТУ 6-09-3876-75) | 35-40 |
| Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД- | 20 |
| (ГОСТ 10587), пластификатора ЭДОС | |
| (ТУ 2493-003-13004749-93)и отвердителя АФ-2М | |
| (ТУ 38.302-16-378-90) | 60-65, |
а термогенерирующая композиция выполнена из смеси состава, масс.%:
| Нитрат аммония (ГОСТ 2-85) | 35,0-38,0 |
| Перманганат калия (ГОСТ 20490-75) | 1,0-2,8 |
| Азотно-кислый барий (ГОСТ 3771-65) | 14,0-14,5 |
| Термит железоалюминиевый (ТУМТ-144-62) | 30,0-31,5 |
| Алюминий АСД-1 (ГОСТ 6058-73) | 1,0-1,5 |
| Эпоксидная смола ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) | 12,4-13,0 |
| Пластификатор ЭДОС (ТУ 2493-003-13004749-93) | 0,5-0,7 |
| Отвердитель АФ-2 (ТУ 38.30368-88) | 1,8-2,3, |
Для достижения технического результата способ обработки призабойной зоны скважины включает доставку в забой на кабель-тросе указанного устройства, установку его муфты с отверстиями напротив обрабатываемого пласта, раскрытие воздушной камеры путем срабатывания тарированной диафрагмы от послойного сгорания ТГК с образованием газов, нагретых до высоких температур при повышенном давлении в интервале обработки, вынос загрязнений из призабойной зоны пласта, технологическую выдержку, обеспечивающую прогрев породы, раскрытие дополнительной воздушной камеры путем последовательного срабатывания размещенных в дополнительной приемной камере: воспламенителя, СВК и разрушаемой тарированной диафрагмы, причем срабатывание воспламенителя выполняют 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. Предложенный способ и устройство 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 воздушную камеру 2, соединенную через муфту 3 с приемной камерой 4 из металлического материала с перфорационными отверстиями 5 и с герметизирующим слоем 6, на дне которой расположена твердая термогенерирующая композиция 7 и высокопрочная сгораемая композиция 8 с разрушаемой диафрагмой 9, муфту с отверстиями 10, подсоединенную к дополнительной приемной камере 11, где располагается высокопрочная сгораемая композиция 12 и разрушаемая тарированная диафрагма 13, соединенную через муфту 14 с дополнительной воздушной камерой 15. Срабатывание устройства осуществляется с устья скважины через соединительные провода 16, посредством инициирования узлов воспламенения 17 и 18 соответственно термогенерирующей композиции 7 и высокопрочной сгораемой композиции 12.
Устройство работает следующим образом.
Устройство спускают на кабель-тросе (не показан), подсоединенном к кабельной головке 1 на забой скважины, и устанавливают соединительную муфту, имеющую отверстия 10, напротив обрабатываемого пласта. С устья скважины через кабель-трос подают электрический импульс на узел воспламенения 17 твердой термогенерирующей композиции 7. После воспламенения и послойного горения термогенерирующей композиции выделяются газообразные продукты с высокой температурой, которые в конечном итоге образуют рабочую среду (смесь, состоящую из газов и скважинной жидкости). Газы создают в области интервала обработки повышенное давление и задавливают рабочую среду в поры и трещины призабойной зоны, расплавляя и растворяя находящееся в них загрязнения, тем самым увеличивая пористость и проницаемость призабойной зоны. Термогенерирующая композиция 7 в конце сгорания воспламеняет сгораемую высокопрочную с малогазовым выделением композицию 8. Догорание высокопрочной с малогазовым выделением композиции и срабатывание разрушаемой тарированной диафрагмы 9 (рассчитано на давление срабатывания 10 МПа) приводит к раскрытию воздушной камеры 2 длиной 20-50 м. Данный диапазон длины воздушной камеры является оптимальным для обеспечения значения максимального снижения давления до 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 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. После технологической выдержки, обеспечивающей прогрев породы, без перемещения устройства, через кабель-трос подают электрический импульс на узел воспламенения 18 сгораемой высокопрочной с малогазовым выделением композиции 12 в дополнительной приемной камере 11. Воспламенение и послойное сгорание высокопрочной сгораемой композиции 12 приводит к разрушению тарированной диафрагмы 13 (рассчитана на давление срабатывания 10 МПа) и срабатыванию дополнительной воздушной камеры 15 длиной 1,5-2,5 м. Данный диапазон длины дополнительной воздушной камеры является оптимальным для обеспечения значения максимального повышения давления до 160-180 МПа на рабочую среду за счет гидравлического удара при диаметре камеры 0,076 м, давлении разрушения тарированной диафрагмы 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). Далее за счет гидравлического удара в породе происходит расширение естественных и образование новых остаточных искусственных трещин. Устройство извлекают из скважины.
Примеры конкретного осуществления
Пример 1. Выполняют обработку призабойной зоны нефтедобывающей скважины глубиной 1700 м с нефтяным пластом в терригенном коллекторе. Используют устройство, представленное на чертеже. Выполняют доставку в забой на кабель-тросе устройства и установку его соединительной муфты, имеющей отверстия, напротив обрабатываемого пласта, раскрытие воздушной камеры путем срабатывания тарированной диафрагмы от послойного сгорания ТГК с образованием газов, нагретых до высоких температур при повышенном давлении в интервале обработки, вынос загрязнений из призабойной зоны пласта. Далее, после технологической выдержки, обеспечивающей прогрев пласта, выполняют срабатывание тарированной полимерной диафрагмы, раскрывающее дополнительную воздушную камеру, что обеспечивает расширение естественных и образование новых остаточных искусственных трещин.
В качестве характеристик длин и диаметров воздушных камер в устройстве используют:
- воздушную камеру: длина равна 20 м и диаметр - 0,076 м, что обеспечивает резкое снижение давления до 10 МПа на забое при давлении разрыва диафрагмы 30 МПа и плотности рабочего агента 1000 кг/м3;
- дополнительную воздушную камеру: длина равна 1,5 м и диаметр - 0,089 м, что обеспечивает максимальное давление 180 МПа на рабочую среду за счет гидравлического удара при давлении разрыва дафрагмы 30 МПа и плотности рабочего агента 1000 кг/м3.
В качестве термогенерирующей композиции используют смесь состава, мас.%:
| Нитрат аммония | 38,0 |
| Перманганат калия | 1,0 |
| Азотно-кислый барий | 14,0 |
| Термит железоалюминиевый | 30,0 |
| Алюминий АСД-1 | 1,0 |
| Эпоксидная смола ЭД-20 | 13,0 |
| Пластификатор ЭДОС | 0,7 |
| Отвердитель АФ-2 | 2,3 |
В качестве сгораемой высокопрочной с малогазовым выделением композиции - СВК используют смесь состава, мас.%:
| Перхлорат аммония | 35 |
| Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20, | |
| пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М) | 65 |
Пример 2. Выполняют, как пример 1.
В качестве характеристик длин и диаметров воздушных камер в устройстве используют:
- воздушную камеру: длина равна 50 м и диаметр - 0,076 м, что обеспечивает снижение давления до 70 МПа на забое (увеличение длины воздушной камеры способствует более полной очистки от загрязнений призабойной зоны пласта);
- дополнительную воздушную камеру: длина равна 2,5 м и диаметр - 0,089 мм, что обеспечивает давление 160 МПа.
В качестве термогенерирующей композиции используют смесь состава, мас.%:
| Нитрат аммония | 35,0 |
| Перманганат калия | 2,8 |
| Азотно-кислый барий | 14,5 |
| Термит железоалюминиевый | 31,5 |
| Алюминий АСД-1 | 1,5 |
| Эпоксидная смола ЭД-20 | 12,4 |
| Пластификатор ЭДОС | 0,5 |
| Отвердитель АФ-2 | 1,8 |
В качестве высокопрочной сгораемой композиции используют смесь состава, мас.%:
| Перхлорат аммония | 40 |
| Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20, | |
| пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М) | 60 |
В результате проницаемость призабойной зоны пласта, сложенного из терригенной породы, увеличивается, а дебит скважин возрастает. Применение технического решения позволит повысить продуктивность скважин.
1. Устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее воздушную камеру с атмосферным давлением и приемную перфорированную металлическую камеру с размещенной в ней твердой газогенерирующей композицией - ТГК, состоящей из двух частей, где первая часть, обращенная к воздушной камере, выполнена из сгораемой высокопрочной с малогазовым выделением композиции - СВК, отличающееся тем, что указанная воздушная камера выполнена длиной 20-50 м, вторая часть ТГК выполнена из термогенерирующей композиции, указанная приемная камера снабжена на ее верхнем торце разрушаемой тарированной диафрагмой и соединена муфтой, выполненной с отверстиями, с дополнительной приемной камерой, в которой размещены СВК, воспламенитель и тарированная полимерная диафрагма, соединенной муфтой с дополнительной воздушной камерой, выполненной длиной 1,5-2,5 м, СВК выполнена из смеси состава, мас.%:
| Перхлорат аммония | 35-40 |
| Эпоксидный компаунд - смесь смолы ЭД-20, | |
| пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М | 65-60, |
а термогенерирующая композиция выполнена из смеси состава, мас.%:
| Нитрат аммония | 35,0-38,0 |
| Перманганат калия | 1,0-2,8 |
| Азотнокислый барий | 14,0-14,5 |
| Термит железоалюминиевый | 30,0-31,5 |
| Алюминий АСД-1 | 1,0-1,5 |
| Эпоксидная смола ЭД-20 | 12,4-13,0 |
| Пластификатор ЭДОС | 0,5-0,7 |
| Отвердитель АФ-2 | 1,8-2,3 |
2. Способ обработки призабойной зоны скважины, включающий доставку в забой на кабель-тросе устройства по п.1, установку его муфты с отверстиями напротив обрабатываемого пласта, раскрытие воздушной камеры путем срабатывания тарированной диафрагмы от послойного сгорания ТГК с образованием газов, нагретых до высоких температур при повышенном давлении в интервале обработки, вынос загрязнений из призабойной зоны пласта, технологическую выдержку, обеспечивающую прогрев породы, раскрытие дополнительной воздушной камеры путем последовательного срабатывания размещенных в дополнительной приемной камере воспламенителя, СВК и разрушаемой тарированной диафрагмы, причем срабатывание воспламенителя выполняют от электрического импульса.
