способ вскрытия продуктивных пластов текучих полезных ископаемых и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ вскрытия продуктивных пластов текучих полезных ископаемых, включающий установку и цементацию в пробуренной скважине обсадной колонны, перфорацию обсадной колонны с образованием в призабойной зоне пласта зоны с повышенной проницаемостью путем подачи высоконапорного потока жидкости с абразивом через струеформирующие насадки, отличающийся тем, что абразив к струеформирующим насадкам подают в потоке воздуха, эжектируемого высоконапорной струей концентрично последней, при этом зону с повышенной проницаемостью образуют на длину эффективной струи из смеси разрушенных пород пласта песчаной фракции и абразива с выдачей мелких глинистых фракций на поверхность.

2. Устройство для вскрытия продуктивных пластов текучих полезных ископаемых, включающее корпус с каналами подачи высоконапорного потока жидкости и потока воздуха, в котором размещена по меньшей мере одна струеформирующая насадка, связанный соответственно с водо- и воздухоподающими колоннами труб, отличающееся тем, что оно снабжено камерой смешения абразива с воздушным потоком, эжектором для подачи абразива к струеформирующим насадкам и завихрителем высоконапорного потока жидкости и/или воздушного потока с абразивом, размещенным перед струеформирующей насадкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при разработке продуктивных пластов, содержащих нефть и/или газ. Другой областью использования может быть добыча воды из водоносных пластов. Принципиально возможно использование изобретения и при разработке месторождений твердых полезных ископаемых методами подземного выщелачивания.

Известен способ гидроструйной перфорации обсадных труб абразивной жидкостью для вскрытия продуктивных пластов полезных ископаемых, содержащих углеводороды, в котором разрушение стенок обсадной трубы производят высоконапорным потоком абразирующей жидкости с растворенным в ней газом (патент США, N 3175613, E 21 B 43/114, 1965).

Недостатком данного способа является невысокая интенсивность вскрытия и отсутствие зоны с повышенной проницаемостью.

Известно устройство для перфорации обсадных труб, включающее корпус с каналами для подачи высоконапорного потока абразирующей жидкости с растворенным в ней газом, в котором размещено по меньшей мере одно гидромониторное сопло (пат. США, N 3175613, E 21 B 43/114, 1965).

Данное устройство также не позволяет интенсифицировать процесс вскрытия продуктивного пласта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу является способ вскрытия продуктивных пластов полезных ископаемых, включающий установку и цементацию в пробуренной скважине обсадной колонны, перфорацию обсадной колонны с образованием в призабойной зоне пласта зоны с повышенной проницаемостью путем подачи высоконапорного потока жидкости с абразивом через струеформирующие насадки (авт. свид. СССР, N 1629500 A1, E 21 B 43/114, 1991 ).

Недостатком данного способа является низкая производительность вскрытия за счет раздельной подачи пескосмеси и воздуха, а также создание зоны с повышенной проницаемостью с неконтролируемыми свойствами.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному устройству является устройство для вскрытия продуктивных пластов полезных ископаемых, включающее корпус с каналами для подачи высоконапорного потока жидкости и потока воздуха, в котором размещена, по меньшей мере, одна струеформирующая насадка, связанный с водо- и воздухоподающими колоннами труб (авт. свид. СССР, N 1629500 A1, E 21 B 43/114, 1991 ).

Недостатком данного устройства является невысокая производительность.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи интенсификации вскрытия и последующей добычи. Достигаемый при этом технический результат состоит в повышении производительности при обеспечении заданных технологических характеристик при создании зоны с повышенной проницаемостью.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе вскрытия продуктивных пластов полезных ископаемых, включающем установку и цементацию в пробуренной скважине обсадной колонны, перфорацию обсадной колонны с образованием в призабойной зоне пласта зоны с повышенной проницаемостью путем подачи высоконапорного потока жидкости с абразивом через струеформирующие насадки, абразив к струеформирующим насадкам подают в потоке воздуха, эжектируемого высоконапорной струей концентрично последней, при этом зону повышенной проницаемости образуют на длину эффективной струи из смеси разрушенных пород пласта песчаной фракции и абразива с выдачей мелких глинистых фракций на поверхность.

А также тем, что в известном устройстве для вскрытия продуктивных пластов полезных ископаемых, включающем корпус с каналами для подачи высоконапорного потока жидкости и потока воздуха, в котором размещена, по меньшей мере, одна струеформирующая насадка, связанный с водо- и воздухоподающими колоннами труб, оно снабжено камерой смешения абразива с воздушным потоком, эжектором для подачи абразива к струеформирующим насадкам и завихрителем высоконапорного потока жидкости и/или воздушного потока с абразивом, размещенным перед струеформирующей насадкой.

В указанную совокупность включены все существенные признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для достижения технического результата.

Предложенные способ и устройство поясняются чертежами, где на фиг. 1 представлена технологическая схема осуществления способа, на фиг. 2 продольный разрез устройства для вскрытия продуктивных пластов.

Способ осуществляется следующим образом. В пробуренную до проектной отметки и обсаженную колонной обсадных труб 1 скважину 2 опускают устройство для перфорации стенок обсадной колонны - перфоратор 3, которым производят вскрытие продуктивного пласта 4 и создают зону с повышенной проницаемостью 5 вокруг скважины 2. Для этого через струеформирующие насадки 6 перфоратора 3 подают высоконапорный поток жидкости с абразивом, образуя струю. Абразив, в свою очередь, подают в потоке воздуха, который эжектируется высоконапорным потоком жидкости.

Подхваченный высоконапорным потоком жидкости абразив контактирует со стенкой обсадной трубы, в результате чего прорезается отверстие 7, сначала - в стенке обсадной трубы, а затем и в цементном кольце 8, удерживающем обсадную колонну. После этого приступают к гидроразрушению пород продуктивного пласта 4 этим же потоком. Образующаяся при гидроразрушении пульпа через прорезанные отверстия 7 попадает обратно в скважину 2 и по пульповыдачной колонне 9 выдается на поверхность.

После образования выработанного пространства 10 достаточного объема, вследствие уменьшения скорости потока, происходит частичное осаждение твердой фракции пульпы в выработанном пространстве 10. Твердая фракция при этом состоит из частиц абразива и мелких песчаных частиц разрушенных пород продуктивного пласта 4. Мелкую глинистую фракцию полностью выдают на поверхность. В потоке пульпы транспортируют также и неосевшую часть твердой фракции, из которой выделяют абразив для повторного использования, а оставшуюся часть подают на складирование, отделяя при этом от жидкой фазы. Отделение может производится как в скважине 2, так и на поверхности.

Таким образом, в результате частичного осаждения твердой фракции на длину эффективной струи вокруг скважины 2 образуется зона с повышенной проницаемостью 5, которую в дальнейшем при эксплуатации скважины используют в различных технологических целях, например в качестве фильтра при добыче воды.

Подаваемый вместе с абразивом воздух способствует отжатию пульпы от кровли 11 выработанного пространства 10 и позволяет производить гидроразрушение пород продуктивного пласта 4 в осушенном забое, что способствует увеличению эффективной длины струи и увеличению тем самым зоны с повышенной проницаемостью 5 вокруг скважины. Кроме того, подача воздуха позволяет увеличить глубину разработки за счет увеличения высоты подъема пульпы.

После прорезания отверстия и образования выработанного пространства заданного объема перфоратор переставляют на следующую позицию и в дальнейшем указанную последовательность операций выполняют до завершения процесса вскрытия.

Устройство для вскрытия продуктивных пластов полезных ископаемых состоит из корпуса 12, в котором выполнен канал 13 для подачи высоконапорного потока жидкости и канал 14 для подачи потока воздуха с абразивом. На боковой стенке корпуса 12 размещена по меньшей мере одна струеформирующая насадка 6. Каналы 13 и 14, выполненные в корпусе 12, связаны, соответственно, с водоподающей колонной труб 15 и воздухоподающей колонной труб 16.

Для подачи абразива в воздушный поток устройство имеет камеру смешения 17 абразива с воздушным потоком (на чертеже не показана). Эта камера может быть размещена как в скважине 2, так и на поверхности. При размещении камеры смешения 17 в скважине она может быть выполнена в корпусе 12 или над ним. Подача абразива в высоконапорную струю производится с помощью эжектора 18.

Повышение энергетических характеристик высоконапорной струи достигается путем установки завихрителя высоконапорного потока жидкости 19 и/или завихрителя воздушного потока с абразивом 20. Конструктивно завихритель 19 может быть выполнен в виде винтовых пазов в участке канала 13 для подачи высоконапорного потока жидкости, непосредственно примыкающего к струеформирующей насадке 6, или в самой насадке 6.

Завихритель 20 может быть выполнен в виде винтовых пазов на выходном участке канала 14 для подачи воздуха с абразивом.

Устройство работает следующим образом. После окончания обсадки скважины 2 и цементации колонны обсадных труб 1 в скважину 2 ниже почвы продуктивного пласта 4 опускают и устанавливают пакер 21, затем на заданную глубину опускают устройство и с помощью центрирующих фонарей 22 устанавливают его. К струеформирующим насадкам 6 подают высоконапорный поток жидкости. При вылете струи из сопла струеформирующей насадки 6 в околоструйном пространстве образуется разрежение, за счет чего туда эжектируется поток воздуха.

При прохождении через камеру смешения 17 в него подают абразив, который вместе с потоком воздуха поступает в высоконапорный поток жидкости и производит разрушение стенки обсадной трубы, затем цементного кольца и, наконец, начинает разрушать породу продуктивного пласта, образуя выработанное пространство. Образующаяся при этом пульпа по кольцевому пространству между колонной обсадных труб и корпусом устройства вначале подается на поверхность, где происходит отделение абразива для повторного использования, а затем частично твердую фракцию пульпы осаждают в выработанном пространстве для формирования зоны с повышенной проницаемостью 5.