Способ и устройство газодинамического воздействия на пласт
Изобретении относится к средствам для добычи нефти. Обеспечивает создание в прискважинной зоне обрабатываемого пласта трещин и полостей - локального разрыва пласта, снижение вязкости нефти, очистку призабойной зоны пласта от продуктов кольматации. Сущность изобретения: способ включает проведение перфорации в интервале обрабатываемого пласта, сборку бескорпусного секционного заряда с внутренним центральным полым каналом с развитой поверхностью путем пропускания через канал заряда составной металлической полой штанги, стягивание и поджатие секций заряда вплотную друг к другу, спуск заряда в скважину так, чтобы секции заряда находились напротив перфорационных отверстий, сжигание секций заряда с образованием газообразных продуктов горения, импульсов давления и температуры. Согласно изобретению составную металлическую штангу изготавливают из металла с магнитострикторными свойствами. К верхней части этой штанги присоединяют импульсный высокочастотный генератор или устанавливают этот генератор на поверхности. В полый канал заряда помещают импульсный высокочастотный излучатель, который соединяют с импульсным высокочастотным генератором. Между генератором и излучателем устанавливают замыкатель тока на металлическую полую штангу в ее нижней части. Создают импульсное высокочастотное электромагнитное поле, за счет индукции которого нагревают металлическую полую штангу, поджигают секции заряда, нагревают скважинную жидкость в интервале воздействия и создают акустическое излучение на пласт за счет магнитострикторных свойств полой штанги. Предусмотрен заряд для газодинамического воздействия на пласт с высокочастотным генератором импульсов, соединенный с импульсным высокочастотным излучателем, расположенным в центральном канале заряда. 2 н. и 2 з.п. ф-лы.
Известен способ газогидравлического воздействия на пласт, включающий сборку бескорпусного секционного заряда путем пропускания деталей оснастки для сбора секций заряда через центральный канал каждой секции заряда и стягивания их вплотную друг к другу деталями оснастки, спуск заряда в скважину и сжигание его секций путем запуска узла воспламенения и последующего возгорания одной или нескольких воспламенительных секций заряда и основных секций заряда с образованием продуктов горения, повышения температуры и давления [1].
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 загерметизированную кабельной головкой, к которой прикреплен геофизический кабель с надетыми на него двумя основными секциями заряда с верхним наконечником, а в нижней части загерметизированную заглушкой с прикрепленным к ней тросом, на который вплотную к воспламенительной секции надевают три основных секции заряда. Спускают устройство в скважину и устанавливают его выше интервала перфорации на 2-4 метра. Поджигают воспламенительные секции, которые прожигают стенки труб и поджигают воспламенительную секцию заряда, а от нее - основные секции заряда. Горение заряда происходит с канала. Боковая поверхность заряда имеет защитное покрытие, предохраняющее заряд от трения и ударов о колонну.
Применение этого способа не всегда дает положительный эффект. Это связано с тем, что заряды собраны на геофизическом кабеле, в местах стыка зарядов при их горении происходит перегрев и разрыв каротажного кабеля. Секции заряда разъединяются, что может привести к аварийной ситуации. Элементы оснастки, защитное покрытие, соединительные узлы заряда остаются в скважине. Имеет место перехлест кабеля. Установка заряда в скважине выше интервала перфорации приводит к тому, что на обрабатываемый пласт воздействует давление скважинной жидкости, которой передается энергия газов.
Известен способ и устройство ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах [2], при котором осуществляют нагрев на глубину образования отложений с помощью нагревательной системы, погружаемой в скважину, содержащей линейный нагревательный элемент в виде колонны труб в скважине или металлического проводника в качестве грузонесущей основы для погружения питающей жилы и питающую жилу, по которой пропускают ток высокой частоты с обеспечением его замыкания в головной части нагревательной системы на линейный нагревательный элемент. Нагревательный элемент применен без электроизоляции греющей поверхности, в качестве питающей жилы использован высокочастотный провод в виде скрутки изолированных проводников, а замыкатель тока выполнен в виде обмотки из высокочастотного провода, намотанной на ферритовый сердечник и помещенной внутрь металлической оболочки таким образом, что ферритовый сердечник торцевыми частями замкнут на эту оболочку. Источники тепла в линейном нагревательном элементе создают тем, что воздействуют на него высокочастотным полем питающей жилы, при этом частоту тока устанавливают на нижнем пороге из условия, чтобы глубина проникновения поля в металл нагревательного элемента была меньше его толщины, и регулируют тепловыделение.
В качестве наиболее близкого аналога принят способ газогидравлического воздействия на пласт [3] и устройство для осуществления этого способа [4]. Способ включает проведение глубокопроникающей перфорации по всем интервалам обрабатываемого пласта, сборку бескорпусного секционного заряда с помощью оснастки. Оснастка включает детали для сбора пороховых секций - составную металлическую штангу с полым каналом, проходящим внутри штанги вдоль его центральной оси. Составную штангу пропускают через центральный канал с развитой поверхности каждой секции заряда, через детали оснастки, предназначенные для стягивания и поджатия секций заряда друг к другу (компенсатор линейного расширения заряда), и детали оснастки для безопасного горения секций заряда внутри скважины (рассеиватель газового потока, центрирующие кольца), или соединенные с деталями оснастки с внутренним полым каналом, проходящим вдоль их центральной оси так, чтобы по всей длине заряда была образована внутренняя полость заряда (конусы-центраторы обтекаемой формы, по диаметру превышающие диаметр пороховых секций заряда).
Устанавливают заряд в скважине так, чтобы секции заряда находились напротив перфорационных отверстий и газообразные продукты горения секций заряда непосредственно воздействовали на обрабатываемый пласт, и осуществляют сжигание его пороховых секций. Для того чтобы осуществить импульсное воздействие на пласт с высокой температурой и давлением осуществляют горение секций заряда по всей поверхности, для этого используют бескорпусной заряд, а конфигурацию центрального канала секций заряда принимают с развитой поверхностью. В зависимости от геолого-технических условий проведения обрабатываемого пласта рассчитывают массу сжигаемых зарядов и количество последовательных операций спуска и сжигания секций заряда.
Кроме того, известен способ газогидравлического воздействия на пласт [5], отличающийся от прототипа тем, что при быстропротекающих процессах горения заряда осуществляют контроль горения секций заряда в режиме реального времени и регистрацию характеристик режима работы заряда (температуры и давления). Устройство для реализации этого способа [6] отличает от устройства-прототипа тем, что нижний конец полой штанги присоединен к электронному блоку измерения характеристик режима работы заряда и реакции призабойной зоны на газодинамическое воздействие. По полому каналу штанги пропущен провод питания узла воспламенения и проводник, соединяющий каротажный кабель с электронным блоком, включающим датчики локатора муфт, температуры и давления.
Эти способы внедрены и успешно применяются на нефтегазовых месторождениях. Эффективность их достаточно высокая. По анализу эффективности работы нефтяных скважин после обработки получают дополнительную добычу нефти, в среднем, в течение года, с постепенным снижением дополнительной добычи нефти. Высокой эффективности трудно достичь, если нефть имеет высокую вязкость, кроме того перекачка такой нефти требует больших затрат. В ряде случаев призабойная зона пласта может быть засорена продуктами кольматации, которые трудно разрушить хоть и мощным, но коротким по времени импульсом повышения температуры. Кроме того, в отдельных случаях техническое состояние скважины не всегда позволяет использовать заряд большой мощности и приходится сжигать меньшее количество секций заряда, что может быть не достаточно эффективно. Использование после проведения газодинамического воздействия другого воздействия не всегда эффективно из-за того, что это воздействие осуществляется не в месте интервала перфорации, а по всему стволу скважины, например кислотная обработка. Но даже если последующее воздействие осуществляется в интервале перфорации после проведения газодинамического воздействия и подъема из скважины оснастки, то трудно установить устройство для проведения воздействия на то же место, эти воздействия разнесены по времени и требуют более длительного времени простоя скважины и больших финансовых затрат.
Техническим результатом изобретения является создание в прискважинной зоне обрабатываемого пласта трещин и полостей, т.е. создание локального разрыва пласта, а в зависимости от геолого-технических задач, стоящих перед проведением воздействия, дополнительно решить ряд задач без дополнительных спуско-подъемных операций: снизить вязкость нефти, очистить призабойную зону пласта от продуктов кольматации, разрушить водонефтяные эмульсии и суспензии.
Необходимый технический результат достигается тем, что в способе газодинамического воздействия на пласт, включающем проведение глубокопроникающей перфорации в интервале обрабатываемого пласта, сборку бескорпусного секционного заряда путем пропускания через центральный канал с развитой поверхностью каждой секции заряда составной металлической штанги с полым каналом, проходящим внутри штанги вдоль ее центральной оси, кроме того составную металлическую штангу пропускают через детали оснастки, предназначенные для стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу, и детали оснастки, предназначенные для безопасного горения секций заряда, или соединяют с деталями оснастки с внутренним полым каналом, проходящим вдоль их центральной оси так, чтобы по всей длине заряда была образована внутренняя полость заряда, осуществляют спуск заряда в скважину и сжигание его секций с образованием газообразных продуктов горения, созданием импульсов давления и температуры, согласно изобретению на призабойную зону пласта и скважинную жидкость оказывают термоакустическое воздействие, для этого в скважине располагают высокочастотный генератор или повторитель высокочастотных импульсов, в котором формируют высокочастотные импульсы, поступающие на излучатель электромагнитного поля, расположенный во внутренней полости заряда с обеспечением замыкания тока в нижней части оснастки заряда на металлическую полую штангу, для создания импульсного высокочастотного электромагнитного поля, за счет индукции которого составная металлическая штанга нагревается, поджигает секции заряда, нагревает скважинную жидкость в интервале воздействия и создает акустическое излучение за счет магнитострикторных свойств тела штанги.
Кроме того, в способе газодинамического воздействия на пласт, включающем осуществление контроля горения заряда в режиме реального времени и регистрации характеристик режима работы заряда, таких как температура и давление в скважинной жидкости в интервале воздействия, с помощью электронного блока, присоединенного к нижнему концу штанги и соединенного с каротажным кабелем проводником с термостойкой изоляцией, проходящим по внутренней полости заряда, согласно изобретению осуществляют контроль термоакустического воздействия в режиме реального времени, во время воздействия измеряют амплитуду и частоту акустического сигнала, определяют время необходимого воздействия на пласт и регулируют его интенсивность.
В заряде бескорпусном секционном для газодинамического воздействия на пласт, включающем пороховые секции заряда и оснастку, имеющую детали для сбора пороховых секций заряда, представляющие собой составную металлическую штангу с полым каналом, проходящим внутри штанги вдоль ее центральной оси, пропущенную через центральный канал с развитой поверхностью каждой пороховой секции, через детали оснастки, предназначенные для стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу, и детали оснастки для безопасного горения секций заряда внутри скважины, или соединенную с деталями оснастки с внутренним полым каналом, проходящим вдоль их центральной оси так, чтобы по всей длине заряда была образована внутренняя полость заряда, верхний конец штанги присоединен к каротажному кабелю, согласно изобретению между каротажным кабелем и верхним концом штанги расположен высокочастотный генератор импульсов или высокочастотный повторитель импульсов, соединенный с импульсным высокочастотным излучателем, расположенным во внутренней полости заряда, замыкатель тока между ними расположен в нижней части составной металлической штанги, причем составная металлическая штанга изготовлена из металла с высокими магнитострикторными свойствами.
Кроме того, в заряде бескорпусном секционном для осуществления способа, включающем электронный блок измерения характеристик режима работы заряда и реакции призабойной зоны на газодинамическое воздействие, присоединенный к нижнему концу составной металлической штанги и соединенный с каротажным кабелем проводником с термостойкой изоляцией, пропущенным по внутренней полости заряда, согласно изобретению электронный блок включает блок измерения характеристик режима работы термоакустического воздействия и реакции призабойной зоны на термоакустическое воздействие, а отрезки проводника с термостойкой изоляцией, соединяющего электронный блок с каротажным кабелем, и отрезки импульсного высокочастотного излучателя встроены в полые каналы составных частей металлической штанги, причем при соединении составных частей штанги отрезки проводника и отрезки излучателя соединяются с помощью герметичных разъемов.
Способ осуществляют следующим образом. Проводят глубокопроникающую перфорацию по всем интервалам обрабатываемого пласта. Затем рассчитывают исходя из геолого-технических условий массу сжигаемых секций заряда. Она должна быть достаточной, чтобы в интервале обрабатываемого пласта обеспечить давление, превышающее предел прочности горных пород, чтобы создать трещины и обеспечить надежную гидродинамическую связь с пластом. Исходя из этого рассчитывают количество последовательных операций спуска и сжигания секций заряда.
Производят сборку бескорпусного секционного заряда, для этого через центральный канал каждой секции заряда пропускают металлическую составную штангу (составленную из нескольких элементов) с полым каналом, проходящим внутри штанги вдоль ее центральной оси. Штангу пропускают через детали оснастки для стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу (компенсатор линейного расширения заряда) и детали оснастки для безопасного горения секций заряда внутри скважины (рассеиватель (рассеиватели) газового потока, центрирующие кольца) или соединяют с деталями оснастки (например, с конусами-центраторами) с внутренним полым каналом, проходящим вдоль их центральной оси. Таким образом, штанга с полым каналом проходит через всю конструкцию заряда или соединяется с деталями оснастки с внутренним полым каналом, проходящим вдоль их центральной оси так, чтобы по всей длине заряда была образована внутренняя полость заряда.
Помещают во внутреннюю полость заряда импульсный высокочастотный излучатель. Присоединяют к верхней части составной металлической штанги импульсный высокочастотный генератор (или повторитель импульсного высокочастотного генератора, расположенного на поверхности) и соединяют его с каротажным кабелем. Импульсный высокочастотный излучатель соединяют с импульсным высокочастотным генератором. Между ними в нижней части составной металлической штанги устанавливают замыкатель тока.
Собранное устройство на геофизическом кабеле располагают в скважине так, чтобы секции заряда находились напротив перфорационных отверстий и газообразные продукты горения секций заряда непосредственно воздействовали на обрабатываемый пласт. По каротажному кабелю подают ток, который поступает на импульсный высокочастотный генератор, где создаются высокочастотные импульсы, которые попадают на импульсный высокочастотный излучатель, расположенный во внутренней полости заряда. За счет индукции созданного импульсного высокочастотного электромагнитного поля составная металлическая штанга, внутри которой находится излучатель электромагнитного поля, нагревается и поджигает секции заряда. При горении пороховых секций заряда образуется большое количество горячих пороховых газов. Так как заряд бескорпусный и секции заряда имеют внутренний канал с развитой поверхностью, и горение секций заряда осуществляется по всей поверхности за доли секунды, то создается короткий и мощный импульс давления, который через перфорационные отверстия осуществляет локальный разрыв пласта. Горячие пороховые газы повышают температуру скважинной жидкости и оказывают воздействие на пласт. Для того чтобы увеличить время температурного воздействия на пласт и осуществить дополнительное акустического воздействие, после сгорания секций заряда оснастку заряда не поднимают на поверхность, а в течение какого-то времени оставляют в интервале пласта и продолжают создавать импульсное высокочастотное электромагнитное поле, которое не только продолжает нагревать скважинную жидкость в интервале воздействия, но и оказывает акустическое воздействие на призабойную зону пласта и скважинную жидкость. Термоакустическое воздействие снижает вязкость нефти, позволяет очистить призабойную зону пласта от продуктов кольматации, разрушить водонефтяные эмульсии и суспензии.
Кроме того, к нижнему концу составной металлической штанги присоединяют электронный блок измерения характеристик режима работы заряда и реакции призабойной зоны на газодинамическое воздействие, в который встроен блок измерения характеристик режима работы термоакустического воздействия и реакции призабойной зоны на термоакустическое воздействие.
На графиках изменения давления во времени после мощного и короткого импульса давления в пласт попадают меньшие по мощности затухающие импульсы давления, созданные столбом жидкости. При сгорании секций заряда на графиках виден короткий по времени импульс в скважинной жидкости. В прототипе на графиках зарегистрировано постепенное снижение температуры. В предлагаемом способе термоакустическое воздействие позволяет поддерживать температуру необходимое время. Кроме того, термоакустическое воздействие контролируется в режиме реального времени и его можно регулировать, изменяя мощность электромагнитного поля.
Устройство, в отличие от прототипа, включает высокочастотный генератор импульсов, расположенный между каротажным кабелем и верхним концом составной металлической штанги. Генератор соединен с импульсным высокочастотным излучателем, расположенным во внутренней полости заряда. В нижней части составной металлической штанги расположен замыкатель тока. Составная металлическая штанга изготовлена из металла с высокими магнитострикторными свойствами, за счет которых электромагнитное поле создает акустическое воздействие.
Кроме того, можно к нижней части металлической составной штанги присоединить электронный блок, соединенный с каротажным кабелем проводником с термостойкой изоляцией, пропущенным по внутренней полости заряда. Неудобство при пропускании внутри составной штанги высокочастотного излучателя и проводника, соединяющего каротажный кабель и блок электроники, можно избежать, если отрезки проводника с термостойкой изоляцией и отрезки импульсного высокочастотного излучателя встроены в полые каналы составных частей металлической штанги и присоединены к герметичным разъемам. При соединении составных частей полой штанги отрезки проводника и отрезки излучателя соединяются с помощью герметичных разъемов.
В отличие от известного способа возможно расшить область применения газодинамического воздействия за счет того, что есть возможность проводить воздействие в скважинах с вязкой нефтью, в скважинах с загрязненной призабойной зоной пласта продуктами кольматации. Кроме того, одновременно с локальным гидроразрывом пласта можно осуществить дополнительное воздействие. При этом эффективность воздействий не суммируется, а возрастает в несколько раз. В сравнении со способом и устройством ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах [2] осуществляется не только термическое воздействие, направленное на разогрев скважинной жидкости по стволу скважины, но и акустическое воздействие, направленное на осуществление воздействия как на скважинную жидкость, так и на призабойную зону пласта непосредственно и интервале проведения локального гидроразрыва пласта. А элементами этого устройства является оснастка заряда. Кроме того, нагрев штанги и поджиг секций заряда позволяет исключить провод, соединяющий геофизический кабель с запальным устройством поджига секций заряда.
Кроме того, видна и экономическая эффективность метода, позволяющая проводить несколько видов воздействия без увеличения спуско-подъемных операций на скважине, увеличить добычу нефти, уменьшить затраты на перекачку нефти, снизить энергопотребление скважинных насосов.
Литература
1. Прострелочно-взрывная аппаратура: Справочник/ Л.Я.Фридляндер, В.А.Афанасьев, Л.С.Воробъев 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.
2. Патент на изобретение РФ №2248442 от 10.09.2003 г. «Способ ликвидации и предотвращения образования отложений и пробок в нефтегазодобывающих скважинах», Мельников В.И.
3. Патент на изобретение РФ №2187633 «Способ газогидравлического воздействия на пласт». Патентообладатель Падерин М.Г., по заявке №2001123722, приоритет от 28.08.2001, авторы Падерин М.Г., Ефанов Н.М., Падерина Н.Г.
4. Патент на изобретение РФ №2178072 «Заряд бескорпусный секционный для газогидравлического воздействия на пласт». Патентообладатель Падерин М.Г., по заявке №2001126461, приоритет от 23.10.2000.
5. Патент на изобретение РФ №2183741 «Способ газогидравлического воздействия на пласт». Патентообладатель Падерин М.Г.
6. Патент на изобретение РФ №2183740 "Заряд бескорпусной секционный для газодинамического воздействия на пласт". Патентообладатель Падерин М.Г.
1. Способ газодинамического воздействия на пласт, включающий проведение перфорации в интервале обрабатываемого пласта, сборку бескорпусного секционного заряда с внутренним центральным полым каналом с развитой поверхностью путем пропускания через канал заряда составной металлической полой штанги, стягивание и поджатие секций заряда вплотную друг к другу, спуск заряда в скважину так, чтобы секции заряда находились напротив перфорационных отверстий, сжигание секций заряда с образованием газообразных продуктов горения, импульсов давления и температуры, отличающийся тем, что составную металлическую штангу изготавливают из металла с магнитострикторными свойствами, к верхней части этой штанги присоединяют импульсный высокочастотный генератор или устанавливают этот генератор на поверхности, а в полый канал заряда помещают импульсный высокочастотный излучатель, который соединяют с импульсным высокочастотным генератором, между генератором и излучателем устанавливают замыкатель тока на металлическую полую штангу в ее нижней части, создают импульсное высокочастотное электромагнитное поле, за счет индукции которого нагревают металлическую полую штангу, поджигают секции заряда, нагревают скважинную жидкость в интервале воздействия и создают акустическое излучение на пласт за счет магнитострикторных свойств полой штанги.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют контроль за воздействием на пласт, для чего к нижнему концу металлической полой штанги присоединяют блок электроники, в режиме реального времени измеряют температуру и давление в скважине, амплитуду и частоту акустического излучения и регулируют его интенсивность.
3. Заряд бескорпусный секционный для газодинамического воздействия на пласт, включающий пороховые секции заряда с центральным каналом с развитой поверхностью в каждой секции и оснастку, включающую детали для сбора пороховых секций заряда, представляющие собой составную полую металлической штангу, пропущенную через центральный канал заряда и присоединенную в верхней части к каротажному кабелю, детали оснастки, предназначенные для стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу, и детали оснастки для безопасного горения секций заряда внутри скважины, отличающийся тем, что на поверхности или между каротажным кабелем и верхним концом полой металлической штанги расположен высокочастотный генератор импульсов, соединенный с импульсным высокочастотным излучателем, расположенным в центральном канале заряда, между генератором и излучателем импульсов установлен замыкатель тока на металлическую полую штангу в ее нижней части, при этом металлическая полая штанга изготовлена из металла с магнитострикторными свойствами.
4. Заряд по п.3, отличающийся тем, что он снабжен электронным блоком, присоединенным к нижнему концу металлической полой штанги, для измерения температуры и давления в скважинной жидкости, амплитуды и частоты акустического излучения.
