способ обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ обработки призабойной зоны скважины, включающий доставку на кабеле в интервал продуктивного пласта имплозионной камеры и создание в зоне обработки депрессии на пласт, отличающийся тем, что совместно доставляют на кабеле в интервал продуктивного пласта акустический вибратор и создают в зоне обработки акустические колебания для акустического облучения, при этом после предварительного акустического облучения пласта последующую его обработку ведут при импульсной депрессии-репрессии, интенсивность акустического облучения изменяют синхронно с периодами затухающих колебаний импульса гидравлического давления в скважине, созданного импульсной депрессией имплозионной камеры и последующими циркулирующими в стволе отраженными импульсами депрессии-репрессии от устья и забоя скважины, причем в периоды депрессии обеспечивают максимальную интенсивность акустического облучения, а в периоды репрессии - минимальную.

2. Устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее корпус с кабельной головкой, имплозионную камеру с датчиком гидравлического давления, управляемый впускной клапан с термопластичным спусковым стопором и спиральным электронагревателем, отличающееся тем, что в него дополнительно введен генератор возбуждения, блок акустических излучателей, блок управления амплитудой возбуждения акустических излучателей синхронно с депрессионно-репрессионным колебательным процессом в скважине, при этом блок акустических излучателей выполнен с системой радиальных каналов между ними, сообщающихся со скважиной, внутренней полостью корпуса и входным отверстием имплозионной камеры, в котором установлен кольцевой спусковой стопор для впускного клапана, выполненный из термопластичного материала со встроенным в него спиральным электронагревателем.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при обработке призабойной зоны скважины, закольматированной пластовым песком и смолисто-парафинобитумными частицами.

Известен способ акустического воздействия на призабойную зону скважины, включающий операции контроля амплитуды излучаемых акустических колебаний в продуктивные пласты с помощью пьезодатчика гидравлического давления, установленного вблизи акустического излучателя, и последующую настройку частоты колебаний, при которой достигается максимальная амплитуда излучения [патент РФ 2053604, кл. Е 21 В 43/25, 1995].

Известный способ обеспечивает наиболее оптимальный режим работы акустических излучателей на частоте радиального резонанса скважины. Однако эффективность применения данного способа для очистки призабойной зоны скважины невелика, так как не предусматривает создание в скважине депрессии на нефтяной пласт, необходимой для выноса из него кольматирующих частиц.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления, включающий доставку в интервал продуктивного пласта депрессионной (имплозионной) камеры с пиротехническим зарядом и детонатором [патент РФ 2072423, кл. Е 21 В 43/25, 1996].

Данный способ и устройство обеспечивают за счет сжигания пиротехнического заряда расплавление смолисто-парафинобитумных частиц в призабойной зоне скважины и последующий облегченный вынос их из пласта в скважину потоком пластового флюида, вызванного депрессионной (имплозионной) камерой, открываемой после сгорания пиротехнического заряда управляемым термопластичным клапаном.

Этот способ и устройство сочетают поочередное воздействие теплового поля и импульсной депрессии на пласт, создаваемой имплозионной камерой, однако эффективность очистки призабойной зоны скважины от кольматирующих частиц остается недостаточно высокой из-за закупоривающего, так называемого арочного эффекта других не плавящихся кольматирующих частиц - зерен пластового песка в сужениях поровых каналов при их движении из пласта в скважину.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности обработки призабойной зоны скважины, закольматированной пластовым песком и твердыми смолисто-парафинобитумными частицами.

Это достигается тем, что в вышеупомянутом способе обработки призабойной зоны скважины, включающей создание в зоне обработки импульсной депрессии на пласт, дополнительно создают акустические колебания для акустического облучения пласта, а после предварительного акустического облучения пласта последующую его обработку ведут при импульсной депрессии, чередующейся с репрессией, при этом интенсивность акустического облучения изменяют синхронно с периодами затухающих колебаний импульса гидравлического давления в скважине, созданного импульсной депрессией имплозионной камеры и последующими циркулирующими в стволе скважины отраженными импульсами депрессии-репрессии от устья и забоя скважины, причем в периоды депрессии обеспечивают максимальную интенсивность акустического облучения, а в периоды репрессии - минимальную.

Предлагаемый способ реализуется с помощью вышеупомянутого устройства для обработки призабойной зоны скважины, включающего имплозионную камеру с пьезодатчиком гидравлического давления и впускным клапаном, управляемым термопластичным спусковым устройством со спиральным электронагревателем, в который дополнительно введен генератор возбуждения, блок акустических излучателей, блок управления амплитудой возбуждения акустических излучателей синхронно с депрессионно-репрессионным колебательным процессом в скважине, выполненным с системой радиальных каналов между ними, сообщающихся со скважиной, внутренней полостью корпуса и входным отверстием имплозионной камеры, в котором установлен кольцевой спусковой стопор для впускного клапана, выполненный из термопластичного материала со встроенным в него спиральным электронагревателем.

Суть способа обработки призабойной зоны скважины состоит в одновременном воздействии регулируемого акустического облучения и импульсной депрессии, чередующейся с репрессией, на продуктивный пласт. Причем оба вида воздействия - акустическое и гидродинамическое синхронизируются с целью управления интенсивностью акустического облучения в зависимости от знака импульсного гидродинамического воздействия (импульсов депрессии или репрессии).

На фиг.1 представлены графики этих процессов.

а) График депрессионно-репрессионного колебательного процесса, созданного имплозией в призабойной зоне скважины (ПЗС),

где Р - гидродинамическое давление в ПЗС,

Р₀ - гидростатическое давление в ПЗС,

"Область депрессии" распространяется на давления Р<Р,

"Область репрессии" - на давления Р>Р₀.

б) График интенсивности I акустического облучения в течение времени t:

I_макс, I_мин, I_cp - соответственно максимальное, минимальное и среднее значения интенсивности акустического облучения;

t₁-t₇ - моменты времени синхронизации процессов акустического и гидродинамического воздействий на ПЗС.

Способ осуществляется следующим образом.

В призабойной зоне скважины сначала проводят предварительную обработку (фиг. 1) закольматированного продуктивного пласта в течение времени t₁=20-30 минут только акустическим облучением с максимальной интенсивностью I_макс, обеспечивающей снижение порога статического напряжения сдвига смолисто-парафинобитумных, песчаных и других жестких кольматирующих частиц, распад слипшихся между собой частиц, ослабление их связи с матрицей породы, разрушение так называемых арочных пробок из этих частиц в сужениях поровых каналов, а также снижение вязкости нефти (повышение ее текучести). Затем с помощью имплозии в течение времени t₁-t₂ создается импульсная депрессия на пласт, под действием которой обеспечивается страгивание кольматирующих частиц и их последующий вынос вместе с нефтью из поровых каналов пласта через перфорационные отверстия в скважину и дальнейшее перемещение с потоком скважинной жидкости в имплозионную камеру.

После ударного заполнения имплозионной камеры импульс депрессии из призабойной зоны скважины распространяется со скоростью ударной гидроволны к ее устью, отразившись от которого (по законам акустики) с обратным знаком через несколько секунд возвращается обратно в призабойную зону импульсом репрессии (t₂-t₃), который в свою очередь отразившись от забоя (по тем же законам) без смены знака, вернется снова к устью и, отразившись от него повторно, сменит знак на прежний - депрессию (t₃-t₄) и циклический депрессионно-репрессионный затухающий колебательный процесс продолжится в зависимости от волноводных свойств скважины в течение примерно одной минуты и более, совершив при этом не менее 10-15 парных воздействий на пласт.

Устройство для обработки призабойной зоны пласта представлено на фиг.2. На фиг.3 - то же устройство после открытия имплозионной камеры.

Устройство включает в себя корпус 1, акустические излучатели 2, пьезодатчик гидравлического давления 3, контейнер с генератором и блоком управления возбуждением акустических излучателей 4, кабельную головку 5, каротажный кабель 6, внутреннюю полость 7 корпуса 1, радиальные каналы 8, переходник 9, имплозионную камеру 10, впускной клапан 11, герметичный электроввод с проводами 12, входное отверстие в камеру 13, термопластичное стопорное кольцо 14, спиральный электронагреватель 15, кольцевую опору 16, дисковый ограничитель 17, отверстия в ограничителе 18, полость имплозионной камеры 19. Устройство показано в обсаженной скважине 20 с перфорационными каналами 21 в продуктивном пласте 22 с акустическими колебаниями 23 и потоком скважинной жидкости 24.

Устройство для обработки призабойной зоны скважины работает следующим образом.

Устройство (фиг. 2) на каротажном кабеле 6 спускают в призабойную зону обсаженной скважины 20, располагая акустическими излучателями 2 против перфорационных каналов 21 в продуктивном пласте 22, и с наземного пульта управления по одной из жил кабеля 6 подают напряжение питания на генератор с блоком управления 4 возбуждением акустических излучателей 2. После 20-30-ти минутного облучения пласта 22 акустическими колебаниями 23 в режиме максимальной интенсивности с того же пульта управления по другой жиле кабеля через герметичный электроввод с проводами 12 подается напряжение питания на спиральный электронагреватель 15, встроенный в термопластичное стопорное кольцо 14, опирающееся на кольцевую опору 16 во входном отверстии 13 имплозионной камеры 10 и удерживающее впускной клапан 11 в переходнике 9.

После прогрева электронагревателем 15 пластичного стопорного кольца 14 до температуры текучести оно деформируется под действием давления клапана 11, пропуская его через себя (выдавливается под действием гидростатического давления Р₀ в скважине) в полость 19 имплозионной камеры 10. Затем после открытия входного отверстия 13 в имплозионную камеру 10 (фиг.3) клапан 11 перемещается в полости 19 вниз до дискового ограничителя 17 и удерживается им, а поток 24 скважинной жидкости через систему радиальных отверстий 8 и внутреннюю полость 7 в корпусе 1 устремляется в основную полость имплозионной камеры 10 (обычно объемом около 30 литров). В процессе заполнения скважинной жидкостью пустой имплозионной камеры (с атмосферным давлением воздуха в ней) в скважине создается импульс депрессии с давлением примерно на 70% ниже гидростатического Р₀ на облучаемый пласт, в котором в результате возникает приток облученной акустическими колебаниями нефти с кольматирующими частицами к перфорационным каналам 21 и далее вместе с потоком скважинной жидкости всасывается через радиальные отверстия 8 во внутреннюю полость 7.

При этом интенсивность акустического облучения (см. фиг.1,б) в периоды репрессии (t₂-t₃), (t₄-t₅), (t₆-t₇) и т.д. снижают до минимального значения I_мин, необходимого лишь для обратного страгивания и разворота арочных пробок и слипшихся кольматирующих частиц в поровых каналах, но в то же время недостаточного для возвращения их из призабойной зоны пласта вглубь пласта.

В периоды последующих чередующихся с репрессионными депрессионных импульсов интенсивность акустического облучения поддерживается также максимальной I_макс, но продолжающийся вынос кольматирующих частиц осуществляется уже в зумпф скважины.

Такой режим совместного управляемого акустико-гидродинамического воздействия в первом приближении аналогичен реверсивно-клапанному (насосному), обеспечивающему преимущество притоку нефти с кольматантами из пласта в скважину, а не их оттоку вглубь пласта, повышающему эффективность очистки призабойной зоны пласта от кольматирующих частиц за счет их периодического "встряхивания" (продувки) обратным (репрессионным) потоком пластовой нефти.

Заполнение камеры в процессе депрессии, а также последующий депрессионно-репрессионный процесс контролируется пьезодатчиком гидравлического давления 3. (Зарегистрированный пьезодатчиком процесс показан на фиг.1). Электрический сигнал с этого пьезодатчика гидравлического давления 3 подается на блок управления, с помощью которого генератор возбуждения 4 в периоды репрессий автоматически переводится в режим минимальной мощности возбуждения акустических излучателей 2.

По окончании обработки призабойной зоны скважины устройство отключается и извлекается на поверхность, а скважина запускается в эксплуатацию. При недостаточной очистке продуктивного пласта, оцениваемой по ожидаемому дебиту скважины, обработка его повторяется.

Предлагаемый способ и устройство, обладая достаточной надежностью, простотой реализации и экономичностью, существенно повышают эффективность очистки призабойной зоны эксплуатационной скважины, восстанавливая ее первоначальную производительность добычи нефти.