устройство для депрессионной перфорации скважин

Формула изобретения

Устройство для депрессионной перфорации скважин, содержащее кумулятивный перфоратор, имплозионную камеру и соединяющий их цилиндрический канал, перекрытый разрушаемой мембраной, отличающееся тем, что размеры цилиндрического канала таковы, что обеспечивают гашение ударной волны и исключают разрушение мембраны этой волной и давлением газов взрыва, а мембрана удалена от перфоратора и выбрана из условия ее разрушения от давления столба скважинной жидкости на глубине перфорации, когда газы взрыва успевают вытечь из перфоратора в ствол скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к эксплуатации нефтяных скважин, а именно к устройствам для вскрытия пластов и обработки скважин с целью повышения их производительности. Известно устройство для перфорации скважин [1]. Оно представляет собой кумулятивный перфоратор. Содержит корпус в виде толстостенной трубы с отверстиями. В отверстия вставляют кумулятивные заряды, закупоривая их сверху алюминиевыми шайбами с резиновыми прокладками. Заряды посредством детонирующего шнура соединены с детонатором. При подаче импульса электрического тока по каротажному кабелю детонатор взрывается. От детонатора взрывается детонирующий шнур, от которого в свою очередь взрываются кумулятивные заряды. При взрыве кумулятивного заряда формируется струя из продуктов взрыва, которая пробивает эксплуатационную колонну и пласт на глубину до нескольких десятков сантиметров.

Недостатком устройства является тот факт, что при пробивании отверстия в пласте последнее заполняется продуктами взрыва и частицами глинистого раствора, которым заполнена скважина. Частицы продуктов взрыва и глинистые частицы закупоривают стенки пробиваемых перфорационных каналов, ухудшая фильтрацию жидкости через поры пласта и снижая дебит скважины.

Известно устройство для депрессионной перфорации скважин [2], которое одновременно с перфорацией очищает поры пласта. Оно содержит кумулятивный перфоратор и соединенную с ним имплозионную камеру. В качестве имплозионной камеры используют заполненную атмосферным воздухом пустотелую трубу или колонну труб. Устройство спускают в скважину на каротажном кабеле до установки перфоратора против продуктивного пласта. Подают импульс тока по кабелю, что приводит к взрыву детонатора и кумулятивных зарядов. Кумулятивной струей пробивается обсадная колонна и продуктивный пласт на глубину до нескольких десятков сантиметров. При этом жидкость из скважины притекает через отверстия перфоратора внутрь него и заполняет объем имплозионной камеры. Потоком жидкости из пор пласта выносятся частицы продуктов взрыва и глинистые частицы. В результате очистки пор пласта повышается дебит скважины. Однако внутри корпуса перфоратора выделяются продукты взрыва в виде газовой смеси под большим давлением. В связи с тем что давление столба жидкости в скважине значительно выше атмосферного, выделяемые в результате взрыва газы устремляются внутрь имплозионной камеры, заполняя ее объем. При этом часть газа вытекает через отверстия перфоратора в ствол скважины. Когда в имплозионной камере и перфораторе давление сравняется с давлением столба жидкости в скважине, то жидкость из ствола скважины под действием гравитационных сил проникает через отверстия перфоратора в его корпус и в корпус имплозионной камеры, заполняя их объем. Скорость заполнения имплозионной камеры жидкостью невелика, т.к. газы внутри камеры препятствуют заполнению ее объема жидкостью, и вытеснение газов из камеры жидкостью происходит за счет сжатия, растворения газа в жидкости и под действием гравитационных сил. В связи с малой скоростью заполнения имплозионной камеры жидкостью не развивается достаточной депрессии на пласт, происходит неполная очистка пор пласта и, как результат, недостаточное увеличение дебита скважины.

Известно устройство для депрессионной перфорации скважин, позволяющее уменьшить попадание газов взрыва в имплозионную камеру [3], которое примем за прототип. Устройство содержит кумулятивный перфоратор, имплозионную камеру и соединяющий их цилиндрический канал, перекрытый разрушаемой мембраной. Устройство спускают в скважину на каротажном кабеле до установки перфоратора против продуктивного пласта. Подают импульс тока по кабелю, что приводит к взрыву детонатора и кумулятивных зарядов. Выделяющиеся при этом газы взрыва не могут проникнуть в имплозионную камеру, т.к. вход в нее перекрыт разрушаемой мембраной. Кумулятивной струей пробивается обсадная колонна и продуктивный пласт. Через открывшиеся отверстия в перфоратор затекает скважинная жидкость, частично вытесняя газы взрыва в ствол скважины. При этом происходит разрушение мембраны. Скважинная жидкость с большой скоростью заполняет имплозионную камеру, создавая депрессию на пласт, под действием которой из перфоационных каналов потоком жидкости выносятся частицы продуктов взрыва и кольматанта. В результате повышается дебит скважины. Недостаток устройства состоит в том, что мембрана, перекрывающая вход в имплозионную камеру, находится в непосредственной близости от кумулятивных зарядов и, имея ограниченную прочность, может быть разрушена ударной волной или давлением газов взрыва. При этом газы взрыва заполняют имплозионную камеру, препятствуя заполнению ее жидкостью. Это снижает депрессию на пласт и ухудшает очистку перфорационных каналов и пор пласта.

Задачей изобретения является создание более эффективного устройства, обеспечивающего более высокую скорость заполнения жидкостью имплозионной камеры, в результате чего усиливается депрессия, улучшается очистка пор пласта и повышается дебит скважины.

Поставленная задача решается тем, что устройство содержит кумулятивный перфоратор, имплозионную камеру и соединяющий их цилиндрический канал, перекрытый разрушаемой мембраной, причем размеры цилиндрического канала таковы, что обеспечивают гашение ударной волны и исключают разрушение мембраны этой волной и давлением газов взрыва, а мембрана удалена от перфоратора и выбрана из условия ее разрушения от давления столба жидкости на глубине перфорации, когда газы взрыва успевают вытечь из перфоратора в ствол скважины.

Сопоставительный анализ выявил следующие существенные отличия предложенного устройства от прототипа:

- размеры цилиндрического канала таковы, что обеспечивают гашение ударной волны и исключают разрушение мембраны этой волной и давлением газов взрыва, а мембрана удалена от перфоратора и выбрана из условия ее разрушения от давления столба скважинной жидкости на глубине перфорации, когда газы взрыва успевают вытечь из перфоратора в ствол скважины.

Предлагаемое устройство показано на чертеже.

Устройство содержит кумулятивный перфоратор 1, соединенный с имплозионной камерой 2. Узел соединения перфоратора 1 и камеры 2 выполнен в виде цилиндрического канала 3, вход которого в имплозионную камеру перекрыт разрушаемой давлением скважинной жидкости мембраной 4, толщина которой выбирается в зависимости от давления столба жидкости на глубине интервала перфорации, при условии, что под воздействием давления жидкости мембрана должна разрушиться. При этом мембрана не должна разрушаться под действием ударной волны взрыва зарядов. Для исключения возможности разрушения мембраны ударной волной взрыва она удалена от перфоратора, размещена на входе в имплозионную камеру, т.е. на дальнем от перфоратора конце цилиндрического канала, размеры которого таковы, что гасят ударную волну, исключая разрушение мембраны. Так при диаметре канала 40 мм и длине 20 мм разрушение мембраны ударной волной взрыва зарядов не происходит. Вместе с этим мембрана не должна разрушаться под действием давления газов взрыва, которое может достигать 5-8 МПа. Мембрана оптимальной толщины должна разрушаться при давлении столба жидкости в скважине, равном 10-11 МПа, что позволяет проводить депрессионную перфорацию в скважинах глубиной более 1100-1200 м. Мембрана может быть выполнена из различного материала, при этом толщина ее будет также различна в зависимости от прочности материала. Так толщина выполненной из сплава Д16Т мембраны диаметром 40 мм для перфорации скважин глубиной 2000 м должна составлять 1 мм.

Работает предлагаемое устройство следующим образом. Заряженное устройство с установленной в цилиндрическом канале 3 мембраной 5 (см. чертеж) спускают на кабеле в скважину до глубины продуктивного пласта. Подают импульс тока по кабелю, от которого взрывается детонатор и кумулятивные заряды. При взрыве зарядов формируется кумулятивная струя, которая пробивает алюминиевые шайбы в отверстиях перфоратора, пробивает обсадную колонну и пласт. Газы взрыва через отверстия перфоратора частично выбрасываются в ствол скважины с кумулятивной струей. Они не могут проникнуть в имплозионную камеру 2, т. к. цилиндрический канал 3 перекрыт мембраной 5, а воздействие ударной волны и давления газов взрыва недостаточно, чтобы разрушить мембрану 5. Далее под давлением скважинной жидкости происходит заполнение внутренней полости перфоратора жидкостью, поступающей через отверстия перфоратора. Давление жидкости передается на мембрану 5, которая под давлением жидкости разрушается. За промежуток времени задержки заполнения имплозионной камеры 2 жидкость успевает полностью вытеснить газы взрыва из перфоратора в ствол скважины. При разрушении мембраны 4 жидкость через цилиндрический канал 3 с большой скоростью начинает заполнять имплозионную камеру 2, т.к. давление в имплозионной камере 2 равно атмосферному. При этом происходит более интенсивный по сравнению с прототипом приток жидкости из пласта, улучшается очистка пор пласта и перфорационных каналов, т.е. достигается цель изобретения. Выносимые из пласта потоком жидкости механические частицы кольматанта накапливаются в имплозионной камере и удаляются при подъеме ее на поверхность. Внедрение предлагаемого устройства позволит повысить эффективность депрессионной перфорации, т. к. улучшает очистку перфорационных каналов и призабойной зоны пласта и не требует дорогостоящих технологий для изготовления устройства и проведения работ на скважинах.

Источники нформации

1. Л. Я. Фридляндер. Прострелочно-взрывная аппаратура и ее применение в скважинах. - М.: Недра, 1985, с. 16-28.

2. Устройство для вскрытия и обработки призабойной зоны скважины. Патент РФ 2114984, МПК Е 21 В 43/117, опубл. БИ 19, 1998.

3. Способ перфорации и обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления. - Патент РФ 2072421, МПК Е 21 В 43/117, Е 21 В 43/18, Е 21 В 43/25, опубл. 01.27.97.