Способ обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважин

 

Изобретение относится к интенсификации притоков в скважинах с использованием твердотопливных устройств для термобарохимической обработки. Способ заключается в сочетании термобарохимической обработки призабойной зоны пласта с репрессионно-депрессионным воздействием на пласт, осуществляемыми при помощи последовательного сжигания твердотопливного заряда и твердотопливной шашки. Для этого в скважине, заполненной жидкостью, под пакером в интервале обработки сжигают твердотопливный заряд торцевого горения. Регулируют время его горения и избыточное давление размерами заряда и подбором скорости горения топлива. При горении заряда незаполненную колонну насосно-компрессорных труб герметизируют твердотопливной шашкой, которую сжигают с регулируемым временем задержки воспламенения после сгорания твердотопливного заряда. Использование изобретения позволяет осуществить высокоэффективную экологически безопасную обработку призабойной зоны продуктивного пласта скважин. 1 ил.

Изобретение предназначено для использования в скважинах при проведении работ по интенсификации притоков с применением твердотопливных устройств для термобарохимической обработки призабойной зоны продуктивного пласта. Способ может быть использован при разработке и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.

Известен ряд способов обработки продуктивного пласта скважин: RU 95101814 A1 (Пермский НИИ и ПК АО "Пермнефть"), 27.04.97 г.; US 3712378 A (SHELL OIL COMPANY), 23.01.73 г.; RU 2072423 C1 (НТО с ограниченной ответственностью "Волго-уральский геоэкологический центр"), 27.01.97 г. ; RU 2088757 C1 (Всероссийский проектно-изыскательский и НИИ пром.технологий. Всероссийский НИИ природных газов и газовых технологий ), 27.08.97 г.; SU 1089348 А (ВНИИ и ПК институт по взрывным методам геофизической разведки ), 30.04.84 г.; US 3589442 A (DRESSER INDUSTRIES, INC ), 29.06.71 г.; Попов A. A. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. Москва, Недра, с.35-94; а. с. 1716109 A1, кл. E 21 B 43/25 от 02.01.90 г; а.с. 1494598, кл. E 21 B 43/26; а.с. 1230242, кл. E 21 B 43/25 от 08.09.82 г; а.с.655159, кл. E 21 B 43/26; а. с.1800008, кл. E 21 B 43/27 от 22.01.91 г. Все перечисленные способы обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважин имеют существенные недостатки, ограничивающие их применение: недостаточную эффективность, высокую трудоемкость и энергоемкость процесса.

Наиболее близким по количеству общих признаков с заявленным изобретением следует считать патент RU 2075597 C1, кл. E 21 B 43/25 от 20.03.97 г. на устройство для обработки призабойной зоны скважины, который выбран в качестве ближайшего аналога.

Известное устройство имеет подсоединенную к кабельной головке герметичную воздушную (имплозионную) камеру с атмосферным давлением, диафрагму и приемную камеру, в полости приемной камеры размещен сгораемый твердый композиционный материал, состоящий из двух частей. Первая часть, обращенная к воздушной камере, сформирована из прочной и с малогазовым выделением при сгорании композиции, вторая часть снаряжена материалом из газогенерирующей при сгорании композиции, на участке расположения которой по боковой поверхности корпуса приемной камеры выполнены предварительно загерметизированные отверстия. На нижнем торце сгораемого композиционного материала располагается воспламенитель. Устройство опускают на кабель-тросе в забой скважины таким образом, чтобы приемная камера устанавливалась напротив интервала обрабатываемого пласта. С устья скважины через кабель-трос подается электрический импульс на воспламенитель газогенерирующей композиции, которая, послойно сгорая, образует газообразные продукты и давление, раскрывающие боковые отверстия приемной камеры. Нагретые газы, выходя через перфорационные отверстия, создают в области интервала обработки повышенное давление и проникают в поры и трещины призабойной зоны, расплавляя находящиеся в них загрязнения в виде асфальто-смоло-парафинистых отложений. Газогенерирующая композиция в конце сгорания воспламеняет прочную, с малогазовым выделением при сгорании композицию (первая часть), сгорание которой приводит к открытию воздушной камеры. К моменту раскрытия воздушной камеры газообразные продукты, образованные при сгорании второй части, вытесняются из приемной камеры через боковые отверстия скважинной жидкостью, заполняющей эту камеру через нижний открытый торец. После открытия воздушной камеры в нее устремляется практически только поток скважинной жидкости, так как выполняющая функцию прочной заглушки композиция (первая часть) выполнена из малогазового при сгорании материала. За счет потока жидкости из скважины в воздушную камеру в забое создается резкое снижение давления (имплозия), приводящее к тому, что загрязнения в виде асфальто-смоло-парафинистых отложений, предварительно расплавленных, снизив тем самым вязкость и адгезию к поверхности пор пласта, более полно выносятся из призабойной зоны скважины.

Основные недостатки ближайшего аналога.

Устройство RU 2075597 при срабатывании не обеспечивает глубокий прогрев призабойной зоны продуктивного пласта, без которого невозможна его эффективная очистка, так как при горении газогенерирующей композиции в незамкнутом объеме (без пакера) газообразные продукты горения свободно покидают зону обработки пласта, не создавая избыточного давления, необходимого для продавливания нагретой жидкости в пласт, и передают пласту только меньшую часть тепловой энергии, не обеспечивая глубину прогрева, что делает не эффективной имплозию при раскрытии воздушной камеры. Энергию продуктов горения (температуру и давление) необходимо не только сосредоточить в зоне обработки, но и задержать на время прохождения процесса теплообмена, что недостижимо при использовании данного устройства. И, наконец, устройство после срабатывания не позволяет оперативно, до охлаждения призабойной зоны пласта, произвести ее промывку и удаление из скважины загрязнений, изъятых из пласта, последующими операциями, например свабированием.

Целью предлагаемого изобретения является создание способа высокоэффективной, экологически безопасной обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважин, не требующего разработки специального оборудования, не требующего больших трудозатрат и энергозатрат и позволяющего производить качественную очистку продуктивного пласта скважин, повышая его проницаемость.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважин, включающего термобарохимическую обработку в сочетании с репрессионно-депрессионным воздействием на пласт. Способ обработки пласта включает спуск в заполненную жидкостью скважину 1 контейнера 2 с твердотопливным зарядом 3, размещение контейнера 2 в рабочем интервале и сжигание заряда 3. Контейнер 2 опускают в скважину 1 совместно с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) 4 и устанавливают в призабойной зоне продуктивного пласта 5 в интервале перфораций обсадной колонны 6. Межтрубное пространство герметизируют пакером 7 на расстоянии 10-15 метров над контейнером 2. Незаполненную колонну НКТ 4 герметизируют заглушкой 8 с помощью твердотопливной шашки 9 на расстоянии 17-20 метров над контейнером 2. Заряд 3 сжигают по торцевой поверхности сверху вниз, воспламеняя его электровоспламенителем 10, установленным на верхнем торце заряда. Электрический импульс подают на воспламенитель 10 по геофизическому кабелю 11, соединенному с пультом. После сгорания заряда 3 сжигают твердотопливную шашку 9 заглушки 8, воспламеняя ее с нижнего торца электровоспламенителем 13.

Способ обработки пласта осуществляют следующим образом.

В скважину 1, заполненную жидкостью, опускают колонну НКТ 4. Нижняя часть колонны НКТ 4 смонтирована из контейнера 2, пакера 7, механического якоря 12, заглушки 8. Монтаж перечисленного оборудования проводят на устье скважины по мере опускания колонны НКТ 4 в скважину 1 в следующем порядке. В контейнер 2, перфорированный отверстиями для истечения продуктов сгорания, устанавливают твердо-топливный заряд торцевого горения 3. На верхнем торце заряда 3 укрепляют электровоспламенитель 10. Один провод от электровоспламенителя 10 прочно соединяют с корпусом контейнера 2. Контейнер 2 соединяют при помощи переходника с колонной НКТ 4 и опускают в скважину 1, пропуская другой провод от электровоспламенителя 10 через НКТ 4 и через герметичный канал в шашке 9. На расстоянии 10-15 метров над контейнером 2 на колонне НКТ 4 устанавливают пакер 7 с механическим якорем 12. На расстоянии 17-20 метров над контейнером 2 незаполненную колонну НКТ 4 герметизируют заглушкой 8 с помощью твердотопливной шашки 9. На нижнем торце шашки 9 устанавливают электровоспламенитель 13. Один провод от электровоспламенителя 13 прочно соединяют с корпусом заглушки 8. Другой провод выводят через герметичный канал в шашке 9 наверх, пропуская через НКТ 4. Для соединения геофизического кабеля 11, передающего электрический импульс на воспламенители 10, 13, со свободными проводами, идущими от воспламенителей 10, 13, используют двухконтактный разъем, состоящий из двух частей - подвижной 14 и неподвижной 15. Неподвижную часть 15 разъема устанавливают в НКТ 4 на расстоянии 1-2 метра над заглушкой 8. Два свободных провода от электровоспламенителей 10, 13 соединяют с контактами неподвижной части 15 разъема. Опуская в скважину колонну НКТ 4, устанавливают контейнер 2 с зарядом 3 в призабойной части продуктивного пласта 5 в интервале перфораций обсадной колонны 6. Приводят механический якорь 12 в зацепление с обсадной колонной 6. Для подачи электрического импульса на воспламенители 10, 13 в скважину 1 опускают геофизический кабель 11 с подвижной частью 14 разъема на конце до соединения с неподвижной частью 15 разъема. Качество соединения контактов разъема контролируют на устье скважины по замерам электрического сопротивления цепи. Заряд 3 сжигают по торцевой поверхности сверху вниз, воспламеняя его подачей электрического импульса на воспламенитель 10. Время горения заряда (t) определяют из условия t = L/(U₁P^v), где P - давление в зоне обработки, кгс/см²; L - длина заряда, мм; U₁ - единичная скорость горения топлива, мм/сек (скорость горения топлива при P=1 кгс/см²); v - показатель степени в законе скорости горения, или контролируют при помощи датчика давления. При горении заряда 3 в замкнутом объеме скважины 1 протекают процессы, способствующие эффективной очистке призабойной зоны продуктивного пласта 5 скважины. Термическое и газовое воздействия приводят к расплавлению асфальто-смоло-парафинистых и других отложений, снижению вязкости нефти в зоне обработки, усилению химических реакций, возникающих в пласте 5 при горении заряда 3, снижению величины поверхностного натяжения воды в порах пласта 5. Избыточное давление, создаваемое при горении заряда 3, способствует очистке удаленных от обсадной колонны 6 зон продуктивного пласта 5. Время горения заряда 3 (t) и избыточное давление (P) устанавливают в зависимости от глубины обработки пласта 5, его геолого-физических характеристик, режимов обработки пласта 5, физических характеристик топлива и регулируют геометрическими размерами заряда 3. При необходимости может быть создано избыточное давление, достаточное для разрыва пласта. Следующий этап обработки пласта 5 - наиболее полное удаление продуктов очистки из призабойной зоны. Для этого сжигают твердотопливную шашку 9 заглушки 8. Шашку 9 сжигают по торцевой поверхности снизу вверх, воспламеняя ее при помощи электровоспламенителя 13 подачей электрического импульса по геофизическому кабелю 11. Сжигая шашку 9, осуществляют быстротечный сброс давления в зоне обработки открытием незаполненной НКТ 4, осуществляя депрессию на пласт 5. Депрессия способствует более полной очистке пласта 5 и заполнению НКТ 4 пластовой жидкостью с продуктами очистки пласта 5. Момент воспламенения шашки 9 после сгорания твердотопливного заряда 3 определяют расчетным путем, исходя из наибольшей глубины прогрева пласта до заданной температуры. Регулируемое время задержки воспламенения твердотопливной шашки 9 делает процесс обработки пласта 5 скважин управляемым и позволяет регулировать глубину прогрева пласта 5 и величину депрессии на пласт 5. Изменяя время задержки воспламенения шашки 9, регулируют глубину прогрева пласта 5, используя это время для прогрева удаленных от обсадной колонны слоев пласта 5, не допуская преждевременной депрессии на пласт 5 (до завершения прогрева этих слоев). Одновременно регулируют величину депрессии на пласт 5 за счет снижения давления под пакером из-за охлаждения газообразных продуктов сгорания и проникновения их в пласт 5.

Новизна предлагаемого способа обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважин заключается в совокупном использовании применяемого оборудования, твердотопливного заряда и твердотопливной шашки, обеспечивающих новое качество обработки.

Предлагаемый способ предусматривает термобарохимическую обработку пласта скважин в сочетании с репрессионно-депрессионным воздействием на пласт, осуществляемые сжиганием твердотопливного заряда в интервале перфорации обсадной колонны под пакером, герметизирующим межтрубное пространство, при этом контейнер с зарядом опускают в зону обработки пласта на незаполненной колонне НКТ, загерметизированной твердотопливной шашкой. Данный способ позволяет производить депрессию на пласт сжиганием твердотопливной шашки после сжигания твердотопливного заряда, воспламеняя ее подачей электрического импульса с устья скважины с задержкой, необходимой для завершения термобарохимической обработки пласта.

Полезность предлагаемого способа обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважин в том, что он позволяет проводить глубокую очистку призабойной зоны благодаря высокому избыточному давлению и длительному тепловому воздействию в зоне обработки. Время воздействия высокого избыточного давления и температуры на пласт контролируется подбором скорости горения топлива и геометрическими размерами заряда и может быть доведено до 30 минут и более. Это время может быть увеличено на длительность задержки воспламенения твердотопливной шашки. Подобная термобарохимическая обработка позволяет максимально полно расплавить асфальто-смоло-парафинистые отложения в продуктивном пласте и снизить вязкость нефти в призабойной зоне, что делает возможным заполнить свободную колонну НКТ продуктами очистки пласта после сжигания твердотопливной шашки и удалить их из скважины. Наибольший эффект очистки пласта достигается при проведении операции свабирования непосредственно после сжигания твердотопливной шашки до охлаждения зоны обработки пласта. Потенциал нефтедобывающих скважин России, нуждающихся в подобной обработке, огромен и составляет десятки тысяч. По сравнению с известными заявляемый способ позволит полностью устранить закупоривающий эффект в призабойной зоне продуктивного пласта и тем самым увеличить производительность скважин в 2-3 раза. Испытания способа проведены с положительными результатами на скважинах NN 183, 216 Асюльского месторождения Пермской области.

Формула изобретения

Способ обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважин, включающий термобарохимическую обработку пласта в сочетании с репрессионно-депрессионным воздействием на пласт, при котором в скважину, заполненную жидкостью, опускают контейнер с твердотопливным зарядом торцевого горения, устанавливают контейнер в интервале перфораций обсадной колонны и последовательно сжигают твердотопливный заряд торцевого горения и твердотопливную шашку, установленную в качестве заглушки над контейнером, отличающийся тем, что контейнер опускают на незаполненной колонне насосно-компрессорных труб, твердотопливную шашку используют в качестве заглушки для герметизации незаполненной колонны насосно-компрессорных труб, над контейнером устанавливают пакер, а сжигание твердотопливной шашки после сгорания твердотопливного заряда осуществляют с задержкой ее воспламенения.

РИСУНКИ

Рисунок 1