Способ осуществления взрыва в скважине при ее перфорации или обработке прискважинной зоны

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и, в частности, к взрывным работам в скважине при ее перфорации или интенсификации добычи углеводородов, например, с применением генераторов давления для гидрогазоразрыва пород или для термогазохимического воздействия на призабойную зону скважины. Обеспечивает повышение эффективности способа за счет снижения кольматации продуктивного пласта, компенсации взрывного импульса давления, предотвращения гидравлического удара, сокращения сроков освоения скважины и увеличения притока в скважину углеводородов с одновременным снижением риска их обводнения. Сущность изобретения: способ включает размещение в скважине взрывного устройства в рабочей газожидкостной среде, занимающей также объем скважины ниже перфоратора и выше него на расстоянии по 10÷300 м. На верхней отметке газожидкостной среды размещают вязкоупругую жидкость с высотой гидростатического столба 10÷50 м. Выше вязкоупругой жидкости размещают основной объем газожидкостной среды с соотношением в ней газа и жидкости, меньшим, чем в рабочей газожидкостной среде под вязкоупругой жидкостью. Плотность основного объема газожидкостной среды принимают из расчета создания необходимой депрессии в стволе скважины. При этой депрессии, после набора структурной вязкости вязкоупругой жидкостью, осуществляют взрыв. 13 з.п. ф-лы.

 

Настоящее изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и, в частности, к взрывным работам в скважине при ее перфорации или интенсификации добычи углеводородов, например, с применением генераторов давления для гидрогазоразрыва пород или для термогазохимического воздействия на призабойную зону скважины.

Известно, что при осуществлении взрыва в скважине образуется ударная волна большой величины, которая, воздействуя на обсадную колонну, распространяется в находящейся в стволе скважины жидкости вверх и вниз от интервала взрыва. Это приводит к возникновению в обсадной колонне поперечных упругих деформаций и колебаний, нарушая целостность заколонного цементного камня и образуя продольные трещины, ведущие к межпластовым перетокам.

Имеется ряд технических решений, направленных на уменьшение отрицательного действия взрыва в скважине.

Известны способы осуществления взрыва в скважине при ее перфорации, направленные на понижение кольматирующего действия, при разном соотношении пластового давления и забойного давления в скважине, такие как перфорация при депрессии, или при репрессии, или при равновесном состоянии скважины. Конкретный вариант перфорации выбирают в зависимости от геологических условий в скважине.

Известен способ осуществления взрыва в скважине при ее перфорации, при котором собственно перфорацию осуществляют при депрессии на продуктивный пласт в момент перфорации, чем обеспечивают вынос в скважину кольматирующих частиц (см., например, авторское свидетельство СССР №1520917, кл. Е 21 В 43/11, 27.11.1996).

Недостатком способа является отсутствие мероприятий по обеспечению сохранности крепи скважины и сложность мероприятий по созданию депрессии в стволе скважины именно на момент перфорации.

Известен способ осуществления взрыва в скважине при ее перфорации, при котором осуществляют компенсацию взрывной ударной волны (см., например, авторское свидетельство СССР №1593329, кл. Е 21 В 43/117, 15.01.1994).

Недостатком способа является то, что он компенсирует лишь взрывной импульс давления с временем его действия не более 10 мс. Кроме этого импульса при взрыве происходит разрыв сплошности жидкости в скважине и подъем столба жидкости над интервалом взрыва и до тех пор, пока энергия взрыва не будет израсходована полностью. После этого столб жидкости свободно падает с образованием гидравлического удара. В результате гидравлического удара помимо дальнейшего разрушения заколонного цементного камня происходит усиленное загрязнение продуктивного пласта через уже образованные перфорационные каналы. При этом время воздействия гидравлического удара достигает уже 500 мс. Поэтому кольматирующее и разрушающее действие гидравлического удара в десятки раз превышает действие взрывного импульса давления.

Настоящее изобретение направлено на комплексное решение задачи по предотвращению множественных отрицательных явлений, сопровождающих взрыв в скважине.

При этом взрыв в рамках данного изобретения рассматривают при различных скоростях его развития, куда включают и горение (например, свойственное, как правило, генераторам давления), которое характеризуют тоже как взрыв, но только при другой (минимальной) динамике его развития.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа за счет снижения кольматации продуктивного пласта, компенсации взрывного импульса давления, предотвращения гидравлического удара, сокращения сроков освоения скважины и увеличения притока в скважину углеводородов с одновременным снижением риска их обводнения.

Необходимый технический результат достигается тем, что способ осуществления взрыва в скважине при ее перфорации или обработке прискважинной зоны включает размещение в скважине взрывного устройства в рабочей газожидкостной среде, занимающей также объем скважины ниже перфоратора и выше него на расстоянии по 10-300 м, размещение на верхней отметке газожидкостной среды вязкоупругой жидкости с высотой гидростатического столба 10-50 м и размещение выше вязкоупругой жидкости основного объема газожидкостной среды с кратностью в ней газа, меньшей, чем в рабочей газожидкостной среде под вязкоупругой жидкостью, при этом плотность основного объема газожидкостной среды принимают из расчета создания необходимой депрессии в стволе скважины, при которой, после набора структурной вязкости вязкоупругой жидкостью, осуществляют взрыв.

Кроме того:

в качестве рабочей газожидкостной среды принимают газожидкостную среду с кратностью 3,2÷4,3 (как оптимальный вариант);

в качестве вязкоупругой жидкости принимают жидкость на основе, например, полиакриламида;

взрывное устройство в скважине размещают, например, на насосно-компрессорных трубах. При этом способ не исключает возможность размещения взрывного устройства и на кабеле;

газожидкостную среду и вязкоупругую жидкость размещают в скважине, например, после размещения в ней взрывного устройства. Способ не исключает размещения газожидкостной среды и вязкоупругой жидкости в скважине до размещения в ней взрывного устройства;

в качестве газовой фазы для газожидкостной среды принимают, например, азот или попутный газ, или углекислый газ, или выхлопной газ двигателя внутреннего сгорания, или смесь газов в различных сочетаниях;

в качестве жидкой фазы для газожидкостной среды принимают, например, буровой раствор или техническую воду, или водный раствор поверхностно-активного вещества, или нефть, или дизельное топливо;

газожидкостную среду приготавливают, например, заранее перед размещением ее в скважине;

газожидкостную среду получают в скважине путем смешивания жидкой и газовой фаз;

используют самогенерирующуюся газожидкостную среду;

для обеспечения самогенерирования газожидкостной среды используют, например, мочевину, нитрит щелочного или щелочноземельного металла, инициатор реакции - глинокислоту, поверхностно-активное вещество и воду;

для стабилизации газожидкостной среды используют, например, карбоксиметилцеллюлозу или полиакриламид;

что при взрывной перфорации стенки скважины вскрывают суммарным сечением отверстий не менее 30% сечения ствола скважины на ее длине в 1 пог. м;

при обработке прискважинной зоны взрывом для интенсификации добычи углеводородов контролируют существующую степень вскрытия продуктивного пласта и при степени вскрытия менее 30% сечения ствола скважины на ее длине в 1 пог. м. ее увеличивают щадящей - невзрывной перфорацией до степени вскрытия не менее 30% сечения ствола скважины на длине в 1 пог. м.

Сущность изобретения заключается в том, что 80% энергии взрыва распространяется по стволу скважины. Без защитных мер в этом стволе взрыв производит разрушения в самом стволе скважины и цементного камня заколонном пространстве. В зоне наиболее активного действия взрыва (обычно это составляет 10-300 в зависимости от мощности взрыва и типа взрывного устройства) газожидкостная среда, в оптимальном случае с кратностью в ней газа 3,2÷4,3, обладая неньютоновскими свойствами, обеспечивает компенсацию как взрывного импульса давления (за счет сжатия среды), так и гидравлического удара (за счет торможения столба скважинной жидкости или предотвращения его разгона с ускорением. Более того, неньютоновские свойства рабочей газожидкостной среды обеспечивают своебразный гидрозатвор в стволе скважины за счет структурных свойств газожидкостной среды при заданной кратности и снижение давления во фронте ударной волны. К тому же меньшая акустическая жесткость рабочей газожидкостной среды в сравнении с акустической жесткостью основного объема газожидкостной среды (находящейся выше вязкоупругой жидкости), обеспечивает отражение ударной волны, прекращение ее работы на разгон столба жидкости и ее более быстрое затухание в менее жесткой акустической среде. Вязкоупругая жидкость, помещенная на границе отражения ударной волны и имеющая наиболее ярко выраженные неньютоновские свойства, обеспечивает, практически, пакерование скважины на верхней границе активного действия взрыва. В месте отражения ударной волны вязкоупругая жидкость приобретает дополнительные пакерующие свойства и обеспечивает начальную компенсацию отраженной ударной волны.

Все это, в целом, способствует сохранению крепи скважины в зоне активного действия взрыва и обеспечивает одновременно локализацию энергии взрыва в зону продуктивного пласта. При этом при взрывной перфорации продуктивный пласт, при условии его вскрытия суммарным сечением отверстий перфорации не менее 30% сечения ствола скважины на 1 пог. м. ее длины, становится как бы "прозрачным" для приема энергии взрыва, которая дальше расходуется уже на создание протяженных каналов непосредственно в продуктивном пласте.

В окончательной степени поровые каналы или каналы перфорации очищаются при освоении скважины. Для этого первоначально разрушают структуру вязкоупругой жидкости, например, химическими реагентами. После снятия жидкостного разобщающего пакера в стволе скважины подключается флотационная способность газожидкостной смеси с выносом в ствол скважины остатков загрязнений из поровых каналов продуктивного пласта или каналов перфорации.

Способ осуществляют следующим образом.

В скважине размещают взрывное устройство в рабочей газожидкостной среде, занимающей также объем скважины ниже перфоратора и выше него на расстоянии по 10-300 м. На верхней отметке газожидкостной среды размещают вязкоупругую жидкость с высотой гидростатического столба 10-50 м. Выше вязкоупругой жидкости размещают основной объем газожидкостной среды с соотношением в ней газа и жидкости, меньшим, чем в рабочей газожидкостной среде под вязкоупругой жидкостью и плотностью, обеспечивающей необходимую депрессию в стволе скважины. При этой депрессии осуществляют взрыв в скважине. При этом взрыв осуществляют также и при условии набора (после набора) структурной вязкости вязкоупругой жидкостью.

Конкретный пример реализации способа.

Взрыв в скважине осуществляют, например, при перфорации. Для этого в добывающую скважину спускают, например, на насосно-компрессорных трубах взрывной перфоратор, например, кумулятивный. Первоначально перфоратор устанавливают ниже продуктивного пласта из условия возможности закачки через насосно-компрессорные трубы рабочей газожидкостной среды ниже интервала перфорации, например, на 40 м. Эту величину выбирают с учетом мощности взрыва. Рабочую газожидкостную среду с кратностью, например, 3,5 закачивают с запасом в объеме, обеспечивающем размещение этой среды в скважине выше интервала перфорации на 70 м. Затем перфоратор устанавливают против продуктивного пласта. Открывают в насосно-компрессорной колонне заливочные отверстия, например, на 60 м выше перфоратора, осуществляют через них промывку скважины со "срезкой" избыточно закачанной газожидкостной среды. После этого через эти же отверстия закачивают основной объем газожидкостной среды, с кратностью 2,8, которой заполняют остальную часть ствола скважины. Эту среду продавливают вязкоупругой жидкостью, например, на основе полиакриламида. Количество этой жидкости принимают из расчета заполнения 50 м скважины в объеме насосно-компрессорной колонны и кольцевого пространства скважины по ее высоте. В итоге, при таком размещении газожидкостной смеси в скважине последняя оказывается под депрессией по отношению к нормальному гидростатическому давлению или пластовому давлению. Выдерживают скважину в течение 24 час для набора структурной вязкости вязкоупругой жидкостью. После этого осуществляют собственно перфорацию скважины с подрывом заряда перфоратора. С размещением в скважине газожидкостной среды в установленных интервалах и вязкоупругой жидкости взрыв оказывает минимальные разрушающие воздействия по длине ствола скважины и не вызывает выброс скважинной жидкости на устье. Взрыв в условиях депрессии устраняет кольматацию продуктивного пласта. После взрыва натяжением насосно-компрессорной колонны и последующими осевыми перемещениями этой колонны разрушают структуру вязкоупругой жидкости. При необходимости это ускоряют прокачкой известных химических реагентов, разрушающих структуру вязкоупругой жидкости. В итоге ствол скважины оказывается и после взрыва под депрессией. За счет флотационных свойств жидкости, заполняющей ствол скважины, обеспечивают очистку поровых каналов продуктивного пласта и/или отверстий перфорации от кольматирующих их частиц.

В итоге способ обеспечивает снижение кольматации продуктивного пласта, компенсацию взрывного импульса давления, предотвращение гидравлического удара. Кроме того, сокращаются сроки освоения скважины и увеличиваются притоки в скважину углеводородов с одновременным снижением риска их обводнения.

1. Способ осуществления взрыва в скважине при ее перфорации или обработке прискважинной зоны, включающий размещение в скважине взрывного устройства в рабочей газожидкостной среде, занимающей также объем скважины ниже перфоратора и выше него на расстоянии по 10-300 м, размещение на верхней отметке газожидкостной среды вязкоупругой жидкости с высотой гидростатического столба 10-50 м и размещение выше вязкоупругой жидкости основного объема газожидкостной среды с кратностью в ней газа, меньшей, чем в рабочей газожидкостной среде под вязкоупругой жидкостью, при этом плотность основного объема газожидкостной среды принимают из расчета создания необходимой депрессии в стволе скважины, при которой после набора структурной вязкости вязкоупругой жидкостью осуществляют взрыв.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочей газожидкостной среды принимают газожидкостную среду с кратностью 3,2-4,3.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве вязкоупругой жидкости принимают жидкость на основе полиакриламида.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что взрывное устройство в скважине размещают на насосно-компрессорных трубах.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что газожидкостную среду и вязкоупругую жидкость размещают в скважине после размещения в ней взрывного устройства.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве газовой фазы для газожидкостной среды принимают азот, или попутный газ, или углекислый газ, или выхлопной газ двигателя внутреннего сгорания, или смесь газов в различных сочетаниях.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкой фазы для газожидкостной среды принимают буровой раствор, или техническую воду, или водный раствор поверхностно-активного вещества, или нефть, или дизельное топливо.

8. Способ по одному из пп.1, 5-7, отличающийся тем, что газожидкостную среду приготавливают заранее перед размещением ее в скважине.

9. Способ по одному из пп.1, 5-7, отличающийся тем, что газожидкостную среду получают в скважине путем смешивания жидкой и газовой фаз.

10. Способ по одному из пп.1, 5-7, отличающийся тем, что используют самогенерирующуюся газожидкостную среду.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что для обеспечения самогенерирования газожидкостной среды используют мочевину, нитрит щелочного или щелочноземельного металла, инициатор реакции - глинокислоту, поверхностно-активное вещество и воду.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что для стабилизации газожидкостной среды используют карбоксиметилцеллюлозу или полиакриламид.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что при взрывной перфорации стенки скважины вскрывают суммарным сечением отверстий не менее 30 % сечения ствола скважины на ее длине в 1 пог. м.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что при обработке прискважинной зоны взрывом для интенсификации добычи углеводородов контролируют существующую степень вскрытия продуктивного пласта и при степени вскрытия менее 30 % сечения ствола скважины на ее длине в 1 пог. м. ее увеличивают щадящей - невзрывной - перфорацией до степени вскрытия не менее 30 % сечения ствола скважины на длине в 1 пог. м.