способ обработки прискважинной зоны пласта и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ обработки прискважинной зоны пласта, включающий размещение в интервале продуктивного пласта скважины гирлянды пороховых и воспламенительного зарядов, сжигание их с помощью электровоспламенителя, расположенного в канале воспламенительного заряда с созданием импульса давления заданной величины, отличающийся тем, что воспламенительный заряд располагают выше зоны перфорации на расстоянии, обеспечивающем необходимый объем жидкости между упомянутым зарядом и зоной перфорации для образования трещин в пласте, последовательно производят гидроразрыв и термогазохимическую обработку прискважинной зоны пласта за одну спускоподъемную операцию при условии, что выше воспламенительного заряда располагают пороховые заряды с развитой поверхностью горения, а ниже упомянутого воспламенительного заряда располагают пороховые заряды, в процессе сжигания которых образуются высокотемпературные продукты, химический состав которых способствует удалению кольматационных отложений.

2. Устройство для обработки прискважинной зоны пласта, содержащее гирлянду из пороховых и воспламенительного зарядов, в канале которого расположен воспламенительный патрон, грузонесущий геофизический кабель, верхнюю и нижнюю подвески с наконечниками, отличающееся тем, что нижняя подвеска состоит из металлического корпуса с коническим отверстием для закрепления геофизического кабеля и пазом для вывода центральной жилы кабеля к воспламенительному патрону, заглушки и наконечника, причем воспламенительный заряд разделяет гирлянду на две части, в верхней части расположены пороховые заряды с развитой поверхностью горения, а в нижней части гирлянды расположены пороховые заряды, в процессе сжигания которых образуются высокотемпературные продукты, химический состав которых способствует удалению кольматационных отложений.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что наконечники подвесок выполнены из композиционного материала, сгорающего в среде пороховых газов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей и горной промышленности, предназначено для повышения проницаемости нефтяных и газовых пластов путем гидроразрыва и трещинообразования призабойной зоны пласта.

В технологии промышленного извлечения нефти и газа находят широкое применение различные методы интенсификации добычи путем использования взрывчатых материалов (ВМ).

Известен способ гидроразрыва продуктивного пласта с теплохимической обработкой путем создания в скважине избыточного давления, превышающего горное в зоне перфорированного пласта. Пороховой заряд устанавливают в зоне продуктивного пласта или под кровлей пласта, воздействие на пласт идет через каналы в обсадной трубе струями жидкости под давлением и продуктами сгорания пороха. Пороховые газы имеют высокую температуру и расплавляют парафинистые и смолистые соединения (см. Чазов Г.Л. и др. Термогазохимическое воздействие на малодебитные и сложные скважины. М.: Недра, 1986, с. 107-106).

Такая технология требует больших затрат энергии и, как следствие, большого расхода пороховых зарядов.

Известен способ интенсификации добычи нефти и газа путем гидроразрыва продуктивного нефтегазоносного пласта, включающий спуск основного заряда ВМ в зону продуктивного пласта скважины и на расстоянии 1,5-12 м от него дополнительного заряда, одновременное приведение зарядов в рабочее состояние путем их подрыва или поджигания, воздействие струями жидкости и газов на породу продуктивного пласта, при этом жидкость в скважине между зарядами ВМ сжимается до величины давления, превышающего горное, в зоне продуктивного пласта выше и ниже зарядов ВМ устанавливают экранирующие цилиндрические элементы (Патент РФ 2069743, Е 21 В 43/116, 27.11.96, бюл. 33). Данный патент является прототипом изобретения.

Способ обеспечивает повышение эффективности гидроразрыва пласта, уменьшение расхода взрывчатого материала, уменьшение действия ударной волны на сцепление цементного камня с породой. Однако в реальности данный способ нетехнологичен, так как устройство, его реализующее, оказалось громоздким и опасным в эксплуатации, резкое повышение давления в перфорационной зоне скважины ослабляет обсадную колонну и создает повышенную аварийную ситуацию. Кроме того, уменьшение количества использованного ВМ приведет к тому, что снизится и количество газов, поступающих в пласт через перфорационные каналы, следовательно, снизится возможность термогазохимическото воздействия на породу.

Известен пороховой генератор давления, состоящий из трубчатых бронированных пороховых зарядов, центральный заряд в сборке генератора является воспламенительным, в его канале размещена трубка с электрозапалом, в каналы остальных зарядов вложены пороховые шашки, служащие для увеличения поверхности горения и имеющие центральный канал под несущий кабель (Патент РФ 933959, Е 21 В 43/26, 07.06.1982].

Недостатком генератора являются малая скорость нарастания давления и отсутствие возможности ее регулирования.

Известен газогенератор на твердом топливе с регулируемым импульсом давления для стимуляции скважин, включающий трубчатые бронированные пороховые заряды с воспламенительным зарядом под ними и грузонесущий геофизический кабель с элементами крепления конструкции, а между воспламенительным зарядом и бронированными по внешней поверхности зарядами размещены небронированные трубчатые заряды с большой начальной поверхностью горения, взятые в определенном соотношении (Патент РФ 2175059, Е 21 В 43/263, 20.10.2001, бюл. 29). Данное техническое решение является прототипом изобретения.

Газогенератор обеспечивает увеличение скорости нарастания давления пороховых газов, расширяет возможности воздействия на продуктивный пласт за счет выбора скорости и нагружения пород. Однако устройство имеет весьма сложную конструкцию, а многоканальные (щелевые) заряды не находят применения из-за сложной технологии их изготовления. Кроме того, оно содержит наконечники, которые после сгорания зарядов остаются в скважине и вместе с остатками несгоревшего, бронирующего заряды покрытия засоряют забой.

Сущность изобретения. Изобретение направлено на создание способа и устройства для обработки прискважинной зоны пласта, позволяющих повысить эффективность взрывных методов обработки скважины с целью интенсификации добычи нефти и газа и снизить аварийность при проведении работ.

Технический результат заключается в том, что за одну спускоподъемную операцию путем совмещения двух методов воздействия на прискважинную зону пласта большим количеством пороховых газов (гидроразрыв пласта и термогазохимическое воздействие на пласт) достигается интенсификация добычи нефти и газа за счет увеличения проницаемости продуктивного пласта, увеличивается полезное действие пороховых зарядов и снижается себестоимость обработки прискважинной зоны пласта за счет утилизации пороховых зарядов. Обеспечивается надежное закрепление геофизического кабеля в нижней подвеске гирлянды зарядов, что создает условия безопасной работы.

Технический эффект достигается за счет размещения в интервале продуктивного пласта гирлянды пороховых и воспламенительного зарядов, сжигания их с помощью электровоспламенителя, расположенного в канале воспламенительного заряда, с созданием импульса давления заданной величины, воспламенительный заряд располагают выше зоны перфорации на расстоянии, обеспечивающем необходимый объем жидкости между упомянутым зарядом и зоной перфорации для образования трещин в пласте, последовательно производит гидроразрыв и термогазохимическую обработку прискважинной зоны пласта за одну спускоподъемную операцию при условии, что выше воспламенительного заряда располагают пороховые заряды с развитой поверхностью горения, а ниже упомянутого воспламенительного заряда располагают пороховые заряды, в процессе сжигания которых образуются высокотемпературные продукты, химический состав которых способствует удалению кольматационных отложений. Способ реализуется с помощью устройства, содержащего гирлянду из пороховых и воспламенительного зарядов, в канале которого расположен воспламенительный патрон, грузонесущий геофизический кабель, верхнюю и нижнюю подвески с наконечниками, нижняя подвеска состоят из металлического корпуса с коническим отверстием для закрепления геофизического кабеля и пазом для вывода центральной жилы кабеля к воспламенительному патрону, заглушки и наконечника, причем воспламенительный заряд разделяет гирлянду на две части, в верхней части расположены пороховые заряды с развитой поверхностью горения, а в нижней части гирлянды расположены пороховые заряды, в процессе сжигания которых образуются высокотемпературные продукты, химический состав которых способствует удалению кольматационных отложений.

Наконечники подвесок выполнены из композиционного материала, сгорающего в среде пороховых газов. При этом обеспечивается возгорание пороховых зарядов гирлянды в две стороны: вверх - горение пороховых зарядов, поверхности горения которых достаточны для эффективного осуществления гидроразрыва пласта, например многоканальных пороховых зарядов, выполненных в виде пучка пороховых трубок, щелевых пороховых зарядов, зарядов с центральным каналом, выполненным в виде "звездочки"; вниз - горение пороховых зарядов, температура продуктов горения и химический состав которых подобраны так, чтобы получить требуемый процесс газообразования и создать в зоне перфорации высокотемпературную агрессивную среду, растворяющую кольматационные отложения, находящиеся в зоне обработки, например присутствие в продуктах сгорания пороховых зарядов веществ СО, Н₂, N₂, NH₃, HCl, содержащихся в разных количествах в зависимости типа применяемого порохового заряда. В качестве пороховых зарядов гирлянды могут использоваться заряды, применяемые в составе изделий оборонной промышленности России, превысившие свой гарантийный срок эксплуатации.

Инициирование начала процесса горения в средней части гирлянды увеличивает поверхность горения пороховых зарядов, так как сгорание зарядов происходит в обе стороны, а не в одну, причем образованная в процессе горения пороховых зарядов газовая область равномерно воздействует давлением на верхнюю и нижнюю горящие части гирлянды зарядов в целом, что обеспечивает отсутствие перемещения гирлянды внутри скважины. Учитывая, что расположенные выше воспламенительного заряда пороховые заряды воспламеняются быстрее за счет сжатия и перемещения вверх скважинкой жидкости, а расположенные ниже воспламенительного заряда пороховые заряды будут охвачены пламенем иначе: часть - достаточно быстро за счет расхода жидкости в перфорационные каналы скважины, часть, находящаяся ниже зоны перфорации, будет гореть лишь по торцевой поверхности зарядов, обращенной к зоне горения, так как расход скважинной жидкости вниз отсутствует, процесс обработки в своем завершении примет циклический характер, что является следствием инерционности всего столба скважинной жидкости и зависимости скорости горения пороховых зарядов от величины давления, создаваемого в зоне обработки, и дополнительно оказывает положительное действие на процесс интенсификации.

На фиг. 1 показан общий вид устройства обработки прискважинной зоны пласта; на фиг.2 - поперечный разрез нижней подвески устройства.

Устройство состоит из геофизического кабеля 1 (фиг.1), который закрепляется в нижней подвеске, состоящей из корпуса 2 с коническим отверстием 3 и пазом 4 (фиг.2) для проводки центральной жилы кабеля 5, заглушки 6 и наконечника нижней подвески 7, фиксирующихся винтом 8, пороховых зарядов 9 и воспламенительного заряда 10, имеющих центральный канал 11 (фиг.2) и расположенных на геофизическом кабеле 1, воспламенительного патрона 12, соединенного одним проводом с центральной 5 жилой кабеля, а другим с наружной оплеткой кабеля и прикрепленного к кабелю в месте расположения воспламенительного заряда 10 и верхней подвески, состоящей из стопора 13 и наконечника верхней подвески 14.

Способ и устройство работают следующим образом.

Устройство собирают непосредственно у устья скважины следующим образом. Геофизический кабель 1 пропускают через коническое отверстие 3 в корпусе 2 нижней подвески и увеличивают диаметр нижнего конца кабеля 1, например, загибая внутрь расплетенную металлическую оплетку, фиксируют кабель 1 в корпусе резким рывком в сторону верхнего конца, освобожденную от оплетки кабеля центральную токопроводящую жилу 5 укладывают в паз 4 корпуса 2, тем самым обеспечивая возможность установки воспламенительного патрона 12 в любом месте гирлянды пороховых зарядов 9 и 10, имеющих центральный канал 11, ввинчивают заглушку 6 и закрепляют наконечник 7 нижней подвески на заглушке 6 винтом 8. К центральной токопроводящей жиле 5 кабеля, выступающей из паза 4 корпуса 2 нижней подвески, присоединяют отрезок провода, предназначенного для подсоединения воспламенительного патрона 12. Через пороховые заряды 9, предназначенные для термогазохимической обработки скважины, пропускают свободный конец кабеля вместе с отрезком провода, закрепляют на кабеле 1 воспламенительный патрон 12 и соединяют его концы: один - с отрезком провода, другой - с наружной металлической оплеткой кабеля. Устанавливают воспламенительный заряд 10, пропустив через него свободный конец кабеля 1, и, аналогичным образом, устанавливают пороховые заряды 9, предназначенные для гидроразрыва пласта, устанавливают на кабеле наконечник 14 верхней подвески и стопор 13, завершив тем самым сборку.

Гирлянду опускают в заданный интервал скважины на геофизическом кабеле так, чтобы воспламенительный заряд находился выше зоны перфорации на расстоянии, достаточном, чтобы для создания трещин хватило объема жидкости, находящейся между воспламенительным зарядом и зоной перфорации, от взрывной машинки по кабелю к воспламенительному патрону, расположенному в канале воспламенительного заряда и закрепленного на геофизическом кабеле, подается электрический импульс, после чего патрон срабатывает и поджигает воспламенительный заряд, который передает горение пороховым зарядам, распространяющееся вверх и вниз по гирлянде от воспламенительного заряда. В качестве пороховых зарядов, расположенных выше воспламенительного заряда, использованы заряды с развитой поверхностью горения, например многоканальные заряды, состоящие из пучка пороховых трубок, щелевые пороховые заряды, заряды с центральным каналом типа "звездочка" и другие. В результате в месте нахождения воспламенительного заряда создается достаточное давление, при котором происходит гидроразрыв пласта с образованием сетки трещин вокруг перфорационных каналов, после разрыва пласта скважинная жидкость продолжает вытесняться давлением в пласт, а продукты горения пороховых зарядов достигают зоны перфорации, при этом происходит газовая продувка перфорационных каналов и естественных пор.

После сгорания пороховых зарядов, расположенных выше воспламенительного заряда, происходит падение давления. Пороховые заряды, расположенные ниже воспламенительного заряда, продолжают гореть, а скважинная жидкость, находящаяся над гирляндой, перемещается вниз. Давление в зоне обработки начинает изменяться в режиме колебаний вследствие инерционных свойств скважинкой жидкости и свойства пороховых зарядов увеличивать интенсивность горения с ростом давления и уменьшать ее с падением давления. Одновременно, в процессе горения пороховых зарядов, расположенных ниже воспламенительного заряда, в процессе сжигания образуются высокотемпературные продукты, химический состав которых способствует удалению кольматационных отложений, например присутствие в продуктах сгорания пороховых зарядов веществ СО, Н₂, N₂, NH₃, HCl, содержащихся в разных количествах в зависимости типа применяемого порохового заряда. Наконечники верхней и нижней подвесок, изготовленные из композиционного материала, сгорают в пороховых газах, не засоряя скважины, при этом после обработки кабель удаляется из скважины без помех.