Устройство для импульсной знакопеременной обработки прискважинной зоны пласта
Владельцы патента RU 2451173:
Федеральное казенное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт химических продуктов" (ФКП "ГосНИИХП") (RU)
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности. Обеспечивает возможность разработки генератора давления для интенсификации нефтегазодобычи на основе артиллерийских порохов, характеризующегося пониженной массой заряда и сопоставимого по эффективности с наиболее мощными существующими образцами генераторов. Сущность изобретения: устройство выполнено в виде имплозивной камеры. В качестве заряда использован облицовочный пороховой генератор давления, изготовленный из элементов баллиститных артиллерийских порохов, размещенный на внешней поверхности корпуса имплозивной камеры с возможностью сближения со стенкой обсадной колонны. Обеспечена возможность воспламенения облицовочного порохового генератора давления, генерирования газообразных продуктов горения и импульса давления с разрушением - растрескиванием горных пород пласта в призабойной зоне и разгерметизации корпуса имплозивной камеры после спада давления до гидростатического уровня. При этом обеспечен волновой процесс колебаний давления со значениями максимального и минимального давлений и продолжительностью, обеспечивающими дальнейшее развитие трещин в призабойной зоне пласта. 1 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к области импульсных технологий интенсификации нефтегазодобычи и конструкциям устройств для их реализации.
Одним из перспективных методов интенсификации добычи нефти и газа является обработка скважин импульсами давления с использованием пороховых генераторов давления. Газообразные продукты горения зарядов генераторов создают в скважине давление, обеспечивающее образование остаточных трещин в прискважинной зоне пласта, оказывают тепловое, химическое и физико-химическое воздействие на эту зону, улучшая тем самым ее фильтрационные свойства и увеличивая производительность скважин. Наиболее мощным и эффективным среди известных генераторов давления является генератор ПГДА (патент РФ №2151282, 1999 г.). Отличительной особенностью данного генератора является то, что сгорание его топливных элементов протекает в вибрационном режиме с частотой 4-20 кГц и амплитудой до нескольких МПа, что существенно усиливает эффективность его применения по сравнению с другими образцами пороховых генераторов.
Недостатками пороховых генераторов давления является то, что используемые в них мощные заряды преимущественно представляют собой толстосводные топливные блоки диаметром от 42 до 105 мм и длиной от 400 до 1200 мм и характеризуются теплотами сгорания, соразмерными с теплотами плавления материала обсадных труб, что отрицательно влияет на эксплуатационные свойства последних. В некоторых случаях происходит спекание пород, заплавление пор коллектора в призабойной зоне, что снижает ее фильтрационные свойства. Под воздействием высокотемпературной газовой среды продуктов сгорания топлива происходит обгорание геофизического оборудования и выброс на поверхности скважинной жидкости, возможно также повреждение устьевого оборудования. Немаловажным фактором сдерживания применения этих генераторов является их стоимость.
Более дешевые генераторы давления на основе артиллерийских порохов существенно уступают генераторам давления на основе толстосводных блоков по эффективности, сохраняя при этом их недостатки. Это объясняется значительно меньшей продолжительностью процесса горения пороховых зарядов, вследствие чего продукты сгорания быстро всплывают на поверхность, оказывая меньшее воздействие на пласт.
Ближайшим аналогом разработанного устройства является имплозивное устройство (Технологии повышения производительности малодебитных скважин нефтяных месторождений. / Садыков И.Ф., Чепалин А.И., Марсов А.Л.) // труды 12 Европейского симпозиума «Повышение нефтеотдачи пластов» Казань. 2007), снабженное в донной части зарядом медленно горящего топливного состава в качестве сгораемой пробки, продукты горения которого, кроме того, всплывая на поверхность, прогревают призабойную зону.
Целью изобретения является разработка генератора давления на основе баллиститных артиллерийских порохов с меньшей массой заряда, приближающихся по эффективности к лучшим образцам пороховых генераторов давления.
Поставленная цель достигается техническим решением, заключающимся в радикальном уменьшении свободного пространства, в котором пороховой заряд располагается в зоне обработки скважины, путем размещения его на внешней поверхности цилиндрического тела заданного размера. Организация процесса горения заряда в узком кольцевом пространстве между стенками обсадной трубы и цилиндрическим корпусом позволяет повысить эффективность воздействия продуктов сгорания на призабойную зону пласта благодаря высокой плотности заряжания, обеспечивающей высокие значения импульса. При этом более высокое отношение суммарной площади перфорационных отверстий к свободной площади сечения обсадной трубы, чем в обычных генераторах давления, и сближение зоны горения к стенкам обсадной колонны обеспечивает нагнетание большей доли продуктов сгорания и нагретой ими скважинной жидкости в призабойную зону пласта.
В качестве цилиндрического тела в данном техническом решении используется имплозивная камера.
Имплозивная камера представляет собой полую герметичную стальную емкость, содержащую воздух под атмосферным давлением. Камера снабжена узлом разгерметизации, которая приводится в действие в зоне обработки. Разработанный вариант узла разгерметизации выполнен в виде пластиковой или металлической перегородки, герметично закрывающей радиально расположенные окна в стенках камеры. Перегородка разрушается в заданный момент времени под действием разрывного заряда, размещенного на поверхности этой перегородки. Инициирование разрывного заряда производится сборкой, состоящей из капсюля-детонатора, огнепроводного шнура и электрозапала.
В качестве порохового заряда в разработанном устройстве используется облицовочный пороховой генератор давления (ПГДО), изготавливаемый из элементов баллиститных артиллерийских порохов, размещаемый на внешней поверхности корпуса имплозивной камеры. ПГДО приводится в действие узлом воспламенения. Узел воспламенения состоит из порохового заряда кольцевой формы, снабженного электрической нитью накаливания, размещаемого вместе с нижним торцом облицовочного заряда в полости между внешней поверхностью корпуса и стальной муфтой, закрепляемой на корпусе.
Узлы воспламенения и разгерметизации присоединяются к подводящему монтажному электропроводу по параллельной схеме и приводятся в действие одновременно. Время задержки разгерметизации определяется длиной огнепроводного шнура.
Корпус имплозионной камеры закрывается в верхней части кабельной головкой, служащей, кроме того, для присоединения к геофизическому кабелю, а в нижней части - донной крышкой.
Обработка скважины устройством сопровождается следующими процессами. После спуска устройства в зону обработки под действием электрического сигнала происходит воспламенение облицовочного заряда.
Импульс давления, генерируемый зарядом, действуя на перфорационные каналы, производит разрушительное действие на горные породы, слагающие призабойную зону пласта. Газообразные продукты горения пороха и нагретая ими скважинная жидкость прогревают смолистые отложения, снижая их вязкость и адгезионную прочность. После спада давления до уровня гидростатического происходит разгерметизация корпуса устройства. Под действием значительной разности давления в полости камеры и в скважине скважинная жидкость нагнетается в камеру. При этом давление в скважине в зоне обработки мгновенно снижается практически до нулевых значений и сохраняется на этом уровне до заполнения камеры. В этот промежуток времени расплавленные смолистые отложения и кольматирующие частицы поступают в скважину, а затем в камеру. Одновременно под действием противоположно направленного внутрипластового давления происходит дальнейшее растрескивание горных пород пласта.
После заполнения камеры скважинной жидкостью давление в скважине вновь мгновенно возрастает и оказывает разрушающее действие на призабойную зону. Эти скачки давления возбуждают постепенно затухающий волновой процесс колебания давления, который производит дальнейшее развитие трещин в призабойной зоне пласта, улучшая его фильтрационные свойства.
Следует отметить, что независимо от конструктивного исполнения пороховых генераторов и их мощностных характеристик максимальное значение импульса давления, которое создается при их работе, не должно превышать пороговых значений, связанных с прочностью обсадной трубы.
Совмещение термогазодинамической обработки прискважинной зоны пласта продуктами сгорания облицовочного порохового заряда с воздействием на нее знакопеременными импульсами давления под действием имплозивной камеры обеспечивает большую продолжительность обработки и создание высокой разности максимального и минимального значений давления в скважине, недостижимых при использовании только одного из устройств, что позволяет существенно увеличить эффективность отработки призабойной зоны.
1. Устройство для импульсной знакопеременной обработки прискважинной зоны пласта, выполненное в виде имплозивной камеры, отличающееся тем, что в качестве заряда использован облицовочный пороховой генератор давления, изготовленный из элементов баллиститных артиллерийских порохов, размещенный на внешней поверхности корпуса имплозивной камеры с возможностью сближения со стенкой обсадной колонны, при этом обеспечена возможность воспламенения облицовочного порохового генератора давления, генерирования газообразных продуктов горения и импульса давления с разрушением - растрескиванием горных пород пласта в призабойной зоне и разгерметизации корпуса имплозивной камеры после спада давления до гидростатического уровня и обеспечен волновой процесс колебаний давления со значениями максимального и минимального давлений и продолжительностью, обеспечивающими дальнейшее развитие трещин в призабойной зоне пласта.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что облицовочный пороховой генератор давления имеет возможность приведения в действие узлом воспламенения, состоящим из порохового заряда кольцевой формы, снабженным электрической нитью накаливания и помещенным в полость, образованную внешней поверхностью корпуса и муфтой, закрепленной на корпусе.
