Заряд для термогазогидравлического воздействия на прискважинную зону коллектора

Изобретение относится к средствам для добычи нефти, в частности к средствам воздействия на прискважинную зону продуктивного пласта. Обеспечивает повышение эффективности обработки прискважинной зоны пласта за счет щадящего режима воздействия и надежности проведения работ. Сущность изобретения: устройство включает узел поджига, секции заряда из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной средах и оснастку с деталями для сбора секций заряда. Последняя пропущена через центральный канал каждой секции и представляет собой составную штангу. К обоим концам штанги присоединены конусы-центраторы обтекаемой формы и рассеиватель для отвода газового потока. Он расположен между нижним конусом-центратором и секцией заряда. Имеется пружина, расположенная между верхним конусом и секциями заряда. Согласно изобретению стягивание секций заряда друг к другу обеспечено соединением в натяг за счет выполнения секций заряда с цилиндрическими выступами с нижних концов и углублениями с верхних концов. Поверхности секций заряда имеют защитное покрытие. Центральные каналы секций заряда имеют разную геометрию поверхности. Они собраны в разной последовательности с возможностью подъема давления при их горении до величины в 1,5-1,7 раза выше горного, а также подъема и спада давления по монотонному характеру. Такое выполнение и размещение секций заряда обеспечивает целостность обсадной колонны, цементного камня и закрепление трещин разрыва пласта продуктами горения, буровым раствором скважины и частицами защитного покрытия заряда. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к средствам для добычи нефти.

Одним из рациональных и эффективных методов воздействия на прискважинную зону продуктивного пласта с целью установления надежной гидродинамической связи скважины с пластом является разрыв пласта продуктами горения порохового заряда. Под воздействием давления жидкости и газа, равного или превышающего горное, горные породы необратимо деформируются. Способ разрыва пласта пороховыми газами основан на механическом, тепловом и химическом воздействии газов на горные породы и насыщающие их флюиды.

Известен заряд ПГД.БК-100М (Прострелочно-взрывная аппаратура: Справочник / Л.Я.Фридляндер, В.А.Афанасьев, Л.С.Воробьев и др.; Под ред. Л.Я.Фридляндера, - 2-е изд. Перераб. и доп. - М., Недра, 1990, Раздел 4.1. Пороховые генераторы давления, стр.109-112). Бескорпусный секционный пороховой заряд на геофизическом кабеле, включающий пороховые секции, изготовленные из твердого ракетного топлива: одной воспламенительной секции и пяти основных секций заряда, установленные вплотную друг к другу. В каждой секции заряда имеется центральный канал. В воспламенительной секции заряда диаметр канала больше, чем в основных секциях. В качестве воспламенительной секции заряда используют опорную трубу с пиротехническими воспламенителями. В верхней части труба загерметезирована кабельной головкой, к которой прикреплен геофизический кабель с надетыми на него двумя основными секциями заряда с верхним наконечником. В нижней части труба загерметезирована заглушкой с прикрепленным к ней тросом, на которой вплотную к воспламенительной секции надевают три основных секции заряда. В нижней части заряда имеется наконечник, закрепленной гайкой. Горение заряда происходит с канала. Боковая поверхность заряда имеет защитное покрытие, предохраняющее заряд от трения и ударов о колонну. Для регистрации максимального давления, создаваемого в скважине пороховым генератором, на расстоянии 10 м от верхнего торца генератора к кабелю прикрепляют крешерный прибор. Значение созданного давления находят по специальной таблице, прилагаемой к каждой партии крешерных столбиков в зависимости от степени обжатия столбика.

Генератор работает следующим образом. При подаче по кабелю электрического импульса срабатывает пиропатрон, который поджигает пусковые воспламенители, расположенные в канале опорной трубы. Образующиеся продукты сгорания пусковых воспламенителей прожигают стенки труб и поджигают воспламенительную секцию заряда. Продукты горения воспламенительного заряда поджигают основные заряды. Горение заряда идет от центрального канала.

Использование этих устройств не всегда дает положительный эффект. Это связано с тем, что заряды собраны на геофизическом кабеле, в местах стыка заряда при их горении происходит перегрев и разрыв каротажного кабеля, секции заряда разъединяются, что может привести к аварийной ситуации.

В качестве прототипа выбран заряд бескорпусный секционный для газогидравлического воздействия на пласт (патент РФ №2178072, кл. Е 21 В 43/263, 2000). Устройство включает узел воспламенения и секции заряда. Они изготовлены из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной средах. Устройство имеет одну или несколько воспламенительных секций для возгорания основных секций и оснастку с деталями для сбора секций заряда, пропущенных через центральный канал каждой секции, и детали, обеспечивающие стягивание секций вплотную друг другу. Оснастка представляет собой составную штангу, пропущенную через центральный канал каждой секции. К обоим концам секции присоединены конусы-центраторы обтекаемой формы для стягивания и поджатая секций заряда вплотную друг к другу. Диаметр конусов-центраторов превышает диаметр секций заряда. Между секциями заряда установлены центрирующие кольца. Они превышают по диаметру диаметр секций заряда. При этом кольца изготовлены таким образом, чтобы не менялась динамика горения заряда. Между нижним конусом-центратором и секциями заряда расположен рассеиватель для отвода газового потока, образующегося при горении заряда. Секции заряда не имеют защитного покрытия.

Устройство работает следующим образом. Устройство опускают в интервал перфорации. По команде с наземного пульта производят запуск устройства. Горение происходит по всей поверхности заряда. При горении заряда образуется большое количество горячих газов, которые через рассеиватель попадают в обсадную колонну. Время воспламенения всей поверхности заряда составляет меньше 0,1 сек.

Недостатком этого устройство является следующее. Так как секции заряда не имеют защитного покрытия, то при спуске устройство в интервал обработки из-за трения об обсадную колонну возможен несанкционированный запуск устройства. Для упругого поджатая секций заряда используется только пружина, установленная между верхним конусом и первой секцией заряда. Секции заряда между собой механически не соединены, при спуске устройства в скважину за счет ударов о колонну возможно нарушение герметичности воспламенительнои секции заряда, на торце которой в канавке расположен узел воспламенения, что может привести к несрабатыванию заряда.

Предлагаемый заряд позволяет повысить эффективность обработки прискважинной зоны пласта за счет щадящего режима воздействия и надежности проведения работ.

Это достигается тем, что заряд для термогазогидравлического воздействия на прискважинную зону коллектора включает узел поджига, секции заряда из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной средах, например из баллиститного ракетного топлива и оснастку. Оснастка включает детали для сбора секций заряда. Стягивание секций заряда друг к другу обеспечивается соединением в натяг за счет выполнения секций заряда цилиндрическими выступами с нижних концов и углублениями с верхних концов. В цилиндрическом углублении одной из секций заряда выполнена канавка, где за счет соединения секций заряда в натяг герметично расположен узел поджига, соединенный с жилой кабеля. Центральные каналы секций заряда, при заданном диаметре полости, выполнены в одних секциях заряда в форме, обеспечивающей минимальную площадь поверхности полости канала, в других секциях заряда в форме, обеспечивающей максимальную площадь поверхности полости канала, причем секции заряда с разной геометрии полости собираются в последовательности, обеспечивающей максимальное время воздействия на пласт при заданной суммарной длине заряда. Поверхности секций заряда имеют защитное покрытие, причем в защитном покрытии сделаны канавки для распространения горения и увеличения поверхности горения заряда. Изменяя форму канавки, можно управлять скоростью распространения горения и скоростью горения.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - формы полости центрального канала секций заряда; на фиг.3 - сравнительная диаграмма изменения давления в интервале обработки прототипом и предлагаемым устройством.

Устройство (фиг.1) опускается в зону обработки на бронированном каротажном кабеле 13, с кабельным наконечником 12, который жестко и герметично соединен с наголовником 10. Другой конец наголовника 10 жестко соединен со сборной штангой 4, на которой размещен заряд. Заряд состоит из трех типов секций 1, 2 и 14, которые имеют разные конструкции торца. В зависимости от условий работы количество секций может доходить до девяти и более. Секции заряда 18 имеют полость центрального канала в форме 15 и 16, секции имеют покрытие 17 (фиг.2). Между первой секцией 1 и наголовником 10 установлена пружина 8. Пружина 8 одним концом опирается на наголовник 10, а другим - на шайбу 5. Секции имеют цилиндрическую конструкцию с цилиндрическими выступами с нижних концов и углублениями с верхних концов, что позволяет производить их жесткую стыковку при сборке и обеспечить герметичность узла поджига 9. В области стыка одной из пар секций установлен узел поджига 9, представляющий собой нихромовую спираль, соединенную с жилой кабеля 13. Нижняя секция 14 через шайбу 6 и газоотводящий цилиндр 7 опирается на рассекатель 9, зафиксированный на штанге 4 фиксатором 11.

Устройство работает следующим образом. Устройство опускают в интервал перфорации на каротажном кабеле таким образом, чтобы низ заряда располагался ниже нижних перфорационных отверстий на 0,2-0,5 м. С наземного пульта управления по жилам кабеля подают ток на нагревательную спираль узла поджига. Спираль, нагреваясь, воспламеняет секцию заряда. При этом зона горения распространяется по центральным каналам секций заряда и по канавкам, сделанным на защитном покрытии секций заряда. При горении заряда образуется большое количество горячих газов. Горячие газы, выделяющиеся при горении, поднимают столб жидкости вверх, но так как буровой раствор имеет большую массу, значит и большую инерцию, поэтому столб жидкости играет роль очень медленно поднимающегося вверх поршня. Горение происходит подобно горению в замкнутом объеме, поэтому повышается давление в зоне обработки. При повышении давления в 1,5-1,7 раза выше горного, происходит разрыв пласта с образованием трещин в прискважинной зоне. При этом продукты горения заряда, буровой раствор и частицы защитного покрытия заряда устремляются в трещины. Горячие газы поднимают столб жидкости вверх до тех пор, пока их давление не станет равным гидростатическому давлению. После чего столб жидкости падает вниз и производит гидроудар в зону обработки, увеличивая эффект воздействия горячих газов. Гидроудар сопровождается затухающими колебаниями столба жидкости. Так как секции заряда имеют разную геометрию полости центрального канала, то собирая их в разной последовательности, можно управлять временем воздействия на пласт при заданной суммарной длине заряда. На фиг.3 представлена сравнительная диаграмма изменения давления в интервале обработки прототипом и предлагаемым устройством. Кривая 1 - диаграмма изменения давления при воздействии прототипом, которое сопровождается резким повышением и крутым спадом давления в зоне обработки. Кривая 2 - диаграмма изменения давления при обработке интервала перфорации предлагаемым устройством, подъем давления носит более мягкий характер, и после пика давления происходит монотонный спад давления, что способствует закреплению образовавшихся при воздействии на пласт трещин.

Заряд имеет следующие технические характеристики: длина одной секции - 686 мм; наружный диаметр секции - 68 мм; масса одной секции - 3 кг; время горения при давлении 20 МПа - не более 1,5 сек; температура горения заряда - 2400...2600°С; теплота горения - 960 ккал/кг; масса с 9-ю секциями - 55 кг; длина в сборе - не более 8 м. Предельные условия для заряда: давление в скважине в интервале обработки, минимальное - 5 МПа, максимальное - 50 МПа; максимальная температура в скважине - 100°С. Время нахождения в предельных условиях не более 2-х часов.

Таким образом, предлагаемый заряд позволяет в отличие от многих зарядов, используемых при воздействии на пласт, осуществить термогазогидравлическое воздействие с разрывом пласта, не нарушая целостность обсадной колонны и цементного камня. Использование соединения в натяг секций заряда друг с другом и защитного покрытия заряда обеспечивают прочность заряда при механических и температурных нагрузках и надежного срабатывания заряда. Использование секций заряда с разной формой полости центрального канала позволяет управлять временем воздействия на пласт. Создание канавок с разной геометрией на защитной поверхности заряда позволяет управлять скоростью горения заряда.

1. Заряд для термогазогидравлического воздействия на прискважинную зону коллектора, включающий узел поджига, секции заряда из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной средах, оснастку с деталями для сбора секций заряда, пропущенных через центральный канал каждой секции, представляющую собой составную штангу, к обоим концам которой присоединены конусы-центраторы обтекаемой формы, рассеиватель для отвода газового потока, расположенный между нижним конусом-центратором и секцией заряда, пружину, расположенную между верхним конусом и секциями заряда, отличающийся тем, что стягивание секций заряда друг к другу обеспечено соединением в натяг за счет выполнения секций заряда с цилиндрическими выступами с нижних концов и углублениями с верхних концов, при этом поверхности секций заряда имеют защитное покрытие, а центральные каналы секций заряда имеют разную геометрию поверхности, собраны в разной последовательности с возможностью подъема давления при их горении до величины в 1,5-1,7 раза выше горного, а также подъема и спада давления по монотонному характеру для обеспечения целостности обсадной колонны, цементного камня и закрепления трещин разрыва пласта продуктами горения, буровым раствором скважины и частицами защитного покрытия заряда.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в защитном покрытии сделаны канавки для увеличения поверхности горения заряда.