Способ газоимпульсного струйного воздействия на нефтяной и газовый пласты и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности, а именно к технике воздействия на нефтяной или газовый пласт жидкостью, газом или их смесями под высоким давлением. В проперфорированную скважину спускают в герметичном корпусе заряды горючих или взрывчатых веществ. Поджигают или подрывают заряды в зоне пласта. Заряды используют в виде пороховых шашек твердого реактивного топлива или взрывчатого вещества и заполняют углеводородным топливом. Образовавшиеся при сгорании горючего или взрывчатого вещества и углеводородного топлива перегретые газы удаляют через каналы в корпусе, закрытые пробками. В корпусе имеются средства поджига и подрыва зарядов с проводами, подводящими электрический ток. Устройство спускается на геофизическом кабеле. Отдельно в корпусе могут быть размещены водные растворы. Пороховые шашки содержат нитроглицерин или нитроглицериновый порох. Между зарядами и водными растворами может быть установлен поршень. Выше и ниже корпуса могут быть установлены экраны. Использование изобретения позволяет многократно увеличить мощность заряда без увеличения его габарита. 2 с. и 8 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области нефтегазовой промышленности, а именно - к технике воздействия на нефтяной или газовый пласт жидкостью, газом или их смесью под высоким давлением с целью разрыва пласта и повышения его отдачи.

Известны способы воздействия на нефтяной и газовый пласты, заключающиеся в повышении давления скважинной жидкости насосами, взрывчатыми веществами, пороховыми газами и транспортировке скважинной жидкости и образовавшихся газов через каналы в колонне под действием давления вглубь пласта (см., например, Инструкция по разрыву пластов давлением пороховых газов. - М.: ВНИИгеофизика, 1970; Добыча, подготовка и транспорт природного газа и конденсата. Справочное руководство. Т. 1 и 2. Под ред. Коротаева Ю.П. и Маргулова Р.Д. - М. : Недра, 1984; Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам. Изд. 3. Под ред. Григоряна Н.Г. - М.: Недра, 1990).

Одним из главнейших способов повышения отдачи пласта является его гидроразрыв.

Известные способы воздействия на нефтяной и газовый пласты и устройства для их осуществления имеют следующие недостатки: - при создании давленbя в скважине насосами возможны разрывы колонны в резьбовых соединениях и ослабленных или напряженных ее зонах; - взрывчатые вещества ударно воздействуют на колонну, разрушают цементный камень и создают водоперетоки, однако требуемых параметров разрыва пласта краткое ударное воздействие не обеспечивает; - для обеспечения достаточной мощности пороховых генераторов требуется большое количество пороховых шашек, в результате чего стоимость операции значительно возрастает.

Указанные недостатки частично устранены в известных способе воздействия на нефтяной и газовый пласты и устройстве для его осуществления, принятых за прототип.

Известный способ газоимпульсного струйного воздействия на нефтяной или газовый пласт включает спуск на геофизическом кабеле в проперфорированую скважину зарядов горючих или взрывчатых веществ, размещенных в герметичном корпусе, поджиг или подрыв зарядов в зоне пласта и транспортировку перегретых газов, образовавшихся после развития процесса горения через каналы в корпусе и обсадной колонне совместно со скважинной жидкостью вглубь пласта.

Известное устройство для осуществления указанного способа, спускаемое в проперфорированную скважину на геофизическом кабеле, содержит герметичный корпус с каналами, закрытыми пробками с прокладками, предназначенными для выпуска перегретых газов, образовавшихся после развития процесса горения в корпусе, размещенные в корпусе заряды горючих или взрывчатых веществ, средства поджига и подрыва зарядов с проводами, подводящими к средствам электрический ток, элементы закрепления геофизического кабеля (см. Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам в скважинах. Под. ред. Н.Г. Григоряна. М., Недра, 1970, с. 119 - 123).

Пороховые шашки в устройстве, принятом за прототип, расположены в герметичном корпусе, что позволяет создать высокое давление до момента выхода газов в скважину и продлить время его воздействия на пласт, в результате чего возрастает эффект от действия пороховых шашек, а их количество сокращается.

Недостатками прототипа являются невысокие мощность и эффективность действия заряда, ограниченные его физико-химическими свойствами, а также ограниченность объема призабойной зоны внутри колонны.

Цель изобретения - создание способа воздействия на пласт и устройство для его осуществления обеспечивающих многократное увеличение мощности заряда без увеличения его габаритов и объема призабойной зоны внутри колонны за счет выделения дополнительной тепловой энергии и дополнительного объема образовавшихся газов, развивающих высокое давление импульсного воздействия.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе газоимпульсного струйного воздействия на нефтяной и газовый пласты, включающем спуск на геофизическом кабеле в проперфорированную скважину зарядов горючих или взрывчатых веществ, размещенных в герметичном корпусе, поджиг или подрыв зарядов в зоне пласта и транспортировку перегретых газов, образовавшихся после процесса горения, через каналы в корпусе и обсадной колонне совместно со скважинной жидкостью вглубь пласта, согласно изобретению, герметичный корпус снаряжают зарядами горючего вещества в виде пороховых шашек твердого реактивного топлива или взрывчатого вещества и заполняют углеводородным топливом, а образовавшиеся при сгорании горючего или взрывчатого вещества и углеводородного топлива перегретые газы удаляют из корпуса через каналы в корпусе, закрытые пробками; герметичный корпус, снаряженный зарядами горючих или взрывчатых веществ и углеводородным топливом, дополнительно заполняют водными растворами, обработанными химическими, и/или поверхностно-активными жидкостями, и/или вязкоупругими составами; водные растворы, обработанные химическими, и/или поверхностно-активными, и/или вязкоупругими составами, размещают в герметичном корпусе отдельно от зарядов горючих или взрывчатых веществ и от углеводородного топлива, а их транспортировку в пласт после поджига или подрыва зарядов горючего или взрывчатого вещества осуществляют воздействием давления от образовавшихся газов на разделительный подвижный поршень; выше и ниже корпуса на расстоянии до 10 м на геофизическом кабеле устанавливают экраны в виде цилиндров длиной до 5 м и диаметром, меньшим диаметра обсадной колонны на 10 - 20 мм; корпус выполняют из прочной орудийной стали с каналами для выхода газовой струи.

Поставленная цель достигается также тем, что в известном устройстве для газоимпульсного струйного воздействия на нефтяной и газовый пласты, спускаемом в проперфорированную скважину на геофизическом кабеле, содержащем герметичный корпус с каналами, закрытыми пробками с прокладками, предназначенными для выпуска перегретых газов, образовавшихся после развития процесса горения в корпусе, размещенные в корпусе заряды горючих или взрывчатых веществ, средства поджига и подрыва зарядов, с проводами, подводящими к ним электрический ток, элементы закрепления геофизического кабеля, согласно изобретению, герметичный корпус с зарядами горючих или взрывчатых веществ заполнен углеводородным топливом, при этом в качестве зарядов горючих веществ в корпусе размещены пороховые шашки твердого реактивного топлива; пороховые шашки твердого реактивного топлива содержат нитроглицерин или нитроглицериновый порох; герметичный корпус с зарядами горючих или взрывчатых веществ и углеводородным топливом дополнительно заполнен водными растворами, обработанными химическими, и/или поверхностно-активными жидкостями, и/или вязкоупругими составами; водные растворы, обработанные химическими, и/или поверхностно-активными жидкостями, и/или вязкоупругими составами, размещены в герметичном корпусе отдельно от зарядов горючих или взрывчатых веществ и от углеводородного топлива и между ними установлен разделительный подвижный поршень, а каналы в корпусе выполнены в зоне размещения водных растворов; выше и ниже корпуса на расстоянии до 10 м на геофизическом кабеле установлены экраны в виде цилиндров длиной до 5 м и диаметром меньше диаметра обсадной колонны на 10 - 20 мм.

Технический результат в предложенных способе и устройстве для его осуществления достигается за счет следующего: - при горении горючих или взрыве взрывчатых веществ в углеводородном топливе последнее испаряется до молекулярного уровня и вступает во вторичную реакцию горения с продуктами разложения, образующимися при горении или взрыве. Образовавшаяся в результате газовая смесь сгорает в детонационном режиме, выделяя дополнительную тепловую энергию и образуя объем газов, превышающий в 100 и более раз объем газов от горения горючих или взрыве взрывчатых веществ в обычной среде. Это позволяет значительно уменьшить вес зарядов; - использование в качестве горючих веществ пороховых шашек твердого реактивного топлива образует в условиях замкнутого объема и высокого стартового давления в корпусе "бинарный" многокомпонентный состав (горючеокислительную смесь), что в конечном счете увеличивает скорость воздействия на пласт; - наличие химических, поверхностно-активных веществ, вязкоупругих составов обеспечивает дополнительный эффект воздействия на пласт, за счет растворения глинистых и цементных пробок, парафино-смолистых образований, за счет изоляции водоперетоков (эффект усиливается при раздельном воздействии на пласт указанными веществами и газами); - экраны обеспечивают попадание в пласт большего количества газов и жидкости, что усиливает эффект их действия; Предложенное устройство, позволяющее осуществить предложенный способ, показано на чертеже, где изображены: на фиг. 1 - продольный разрез устройства, наполненного зарядами и углеводородным топливом;
на фиг. 2 - продольный разрез устройства, наполненного зарядами, углеводородным топливом и отдельно, через разделительный поршень, - водными растворами химических, и/или поверхностно-активных жидкостей, и/или вязкоупругими составами;
на фиг. 3 - вид на устройство с экранами.

Устройство содержит:
1 - геофизический кабель для спуска устройства в скважину,
2 - герметичный корпус,
3 - каналы в корпусе 2,
4 - пробки,
5 - прокладки,
6 - заряды горючих или взрывчатых веществ,
7 - средства поджига или подрыва зарядов 6,
8 - провода для подвода электрического тока к средствам 7,
9 - элементы закрепления геофизического кабеля 1,
10 - углеводородное топливо (чистое или в смеси с химическими, и/или поверхностно-активными жидкостями, и/или вязкоупругими составами),
11 - отдельно расположенные водные растворы, обработанные химическими и/или поверхностно-активными жидкостями и/или вязкоупругими составами,
12 - разделительный подвижный поршень,
13 - экраны в виде цилиндров.

Устройство работает следующим образом, обеспечивая реализацию предложенного способа. Полностью заправленное устройство опускают на геофизическом кабеле 1 в проперфорированную скважину в зону пласта. При достижении пласта по кабелю 1 и проводам 8 пропускают электрический ток к средствам поджига или подрыва 7, поджигают или взрывают заряды 6, которые воздействуют на углеводородное топливо 10, обеспечивая его испарение и сгорание в детонационном режиме. Возрастающее давление открывает пробки 4 с прокладками 5 или воздействует на разделительный поршень 12, который передает давление на водные растворы 11, также открывающие пробки 4 и прокладки 5. Газы и водные растворы выходят через каналы 3 в скважину, откуда через перфорационные каналы попадают в пласт. На фиг. 2 изображен случай, когда вначале выходят водные растворы 11, затем газы. Экраны 13 затрудняют утечку газов и жидкости вдоль колонны скважины и направляют их в пласт, усиливая эффект воздействия.

Проведенные эксперименты подтвердили высокую эффективность предложенного способа и надежность устройства для его осуществления: при эксперименте в скважине на глубине 3027 м при сгорании 8 килограммов пороховых шашек и 8 литров углеводородного топлива получено давление величиной 146,0 МПа на расстоянии 0,5 м от головки конструкции, что на порядок превышает давление, получаемое в аналогичных условиях при использовании прототипа.

Формула изобретения

1. Способ газоимпульсного струйного воздействия на нефтяной и газовый пласты, включающий спуск на геофизическом кабеле в проперфорированную скважину зарядов горючих или взрывчатых веществ, размещенных в герметичном корпусе, поджиг или подрыв зарядов в зоне пласта и транспортировку перегретых газов, образовавшихся после процесса горения, через каналы в корпусе и обсадной колонне совместно со скважинной жидкостью вглубь пласта, отличающийся тем, что герметичный корпус снаряжают зарядами горючего вещества в виде пороховых шашек твердого реактивного топлива или взрывчатого вещества и заполняют углеводородным топливом, а образовавшиеся при сгорании горючего или взрывчатого вещества и углеводородного топлива перегретые газы удаляют через каналы в корпусе, закрытые пробками.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что герметичный корпус, снаряженный зарядами горючих или взрывчатых веществ и углеводородным топливом, дополнительно заполняют водными растворами, обработанными химическими, и/или поверхностно-активными жидкостями, и/или вязкоупругими составами.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что водные растворы, обработанные химическими, и/или поверхностно-активными, и/или вязкоупругими составами, размещают в герметичном корпусе отдельно от зарядов горючих или взрывчатых веществ и от углеводородного топлива, а их транспортировку в пласт после поджига или подрыва зарядов горючего или взрывчатого вещества осуществляют воздействием давления от образовавшихся газов на разделительный подвижный поршень.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что выше и ниже корпуса на расстоянии до 10 м на геофизическом кабеле устанавливают экраны в виде цилиндров длиной до 5 м и диаметром, меньшим диаметра обсадной колонны на 10-20 мм.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполняют из прочной орудийной стали с каналами для выхода газовой струи.

6. Устройство для газоимпульсного струйного воздействия на нефтяной и газовый пласты, спускаемое в проперфорированную скважину на геофизическом кабеле, содержащее герметичный корпус с каналами, закрытыми пробками с прокладками, предназначенными для выпуска перегретых газов, образовавшихся после развития процесса горения в корпусе, размещенные в корпусе заряды горючих или взрывчатых веществ, средства поджига и подрыва зарядов с проводами, подводящими к ним электрический ток, элементы закрепления геофизического кабеля, отличающееся тем, что герметичный корпус с зарядами горючих или взрывчатых веществ заполнен углеводородным топливом, при этом в качестве зарядов горючих веществ в корпусе размещены пороховые шашки твердого реактивного топлива.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что пороховые шашки твердого реактивного топлива содержат нитроглицерин или нитроглицериновый порох.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что герметичный корпус с зарядами горючих или взрывчатых веществ и углеводородным топливом дополнительно заполнен водными растворами, обработанными химическими, и/или поверхностно-активными жидкостями, и/или вязкоупругими составами.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что водные растворы, обработанные химическими, и/или поверхностно-активными жидкостями, и/или вязкоупругими составами, размещены в герметичном корпусе отдельно от зарядов горючих или взрывчатых веществ и от углеводородного топлива и между ними установлен разделительный подвижный поршень, а каналы в корпусе выполнены в зоне размещения водных растворов.

10. Устройство по любому из пп.6-8, отличающееся тем, что выше и ниже корпуса на расстоянии до 10 м на геофизическом кабеле установлены экраны в виде цилиндров длиной до 5 м и диаметром меньше диаметра обсадной колонны на 10-20 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3