устройство для термобарохимической обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважин

Формула изобретения

Устройство для термобарохимической обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважины, содержащее ряд цилиндрических канальных твердотопливных зарядов, собираемых с опорой на торцевые поверхности при помощи металлического троса, проходящего через канал, центрирующих муфт, крышки, поддона, воспламенителя, установленного на верхнем торце верхнего заряда и кабельной головки, отличающееся тем, что в верхней части устройства установлен термостойкий заряд торцевого горения из газогенерирующего топлива с высокой температурой горения до 2000С, цилиндрические поверхности которого защищены от горения материалом, препятствующим горению, а в нижней части - термостойкий быстросгораемый заряд из топлива, выделяющего при горении газообразный хлористый водород в количестве, необходимом для образования не менее 20% соляной кислоты от веса заряда, при этом в качестве горючего связующего твердотопливного заряда использован эпоксидный полидивинилизопренуретановый каучук, а на открытые поверхности заряда нанесена защитная пленка из полимерного материала, защищающая от действия воды и не препятствующая воспламенению этих поверхностей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при создании устройств для обработки призабойной зоны продуктивного пласта.

Конструкции устройства для термобарохимической обработки призабойной зоны продуктивного пласта широко известны (Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник. /Под ред. Л.Я.Фридляндера. - М.: Недра, 1990, с.107-116; Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважины. - М.: Недра, 1990; патенты RU 2151282 C1, RU 2176728 C1, RU 2184220 C2.

Известно устройство для термобарохимической обработки продуктивного пласта - АДС-6 (Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник. /Под ред. Л.Я.Фридляндера. - М.: Недра, 1990). Устройство содержит ряд цилиндрических канальных твердотопливных зарядов, собираемых соосно с опорой на торцевые поверхности при помощи металлического троса, укладываемого в продольные пазы, расположенные диаметрально противоположно на боковых поверхностях зарядов. С целью предохранения от ударов и трения об обсадную колонну пороховые заряды снабжены в нижней части поддоном, в верхней - верхней обоймой. Доставка устройства в зону обработки производится на кабель-тросе. Воспламенение зарядов производится подачей электрического импульса на спираль накаливания, установленную в верхнем торце верхнего и в нижнем торце нижнего зарядов.

Устройство может быть использовано как для термобарохимической обработки призабойной зоны продуктивного пласта, так и для его разрыва.

Недостатками данного устройства, ограничивающими область его применения, являются:

- недостаточная термостойкость твердого топлива - до 100С;

- отсутствие в продуктах сгорания топлива НСl.

Наиболее близкой по техническому решению к заявляемому устройству является конструкция заряда (патент РФ №2176728 С1, Е 21 В 43/25, 43/27), принятому авторами за прототип. Заряд состоит из цилиндра, заполненного материалом, состоящим из компонентов, применяемых при производстве смесевых твердых топлив, окислителя и наполнителя. Заряд имеет центральный круглый канал и ряды радиальных сквозных каналов, причем соотношение длины заряда и диаметра центрального канала определено в зависимости от размера и состава заряда, температуры и давления в скважине, а расстояния между рядами радиальных каналов определены по соотношению длины и диаметра центрального канала. Воспламенение заряда производится при помощи воспламенителя, подключенного к геофизическому кабелю.

Существенным недостатком данного заряда является невлагостойкость смесевого твердого топлива. В результате контакта топлива со скважинной водой происходит растворение окислителя (перхлората аммония). После длительного контакта заряда с водой его невозможно воспламенить из-за потери окислителя в поверхностных слоях заряда. Другим существенным недостатком заряда является ограниченный температурный диапазон его использования. В силу малой термостойкости топлива устройство может быть использовано на скважинах с температурой ниже 100С.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эффективности устройства, расширение температурно-временного диапазона его эксплуатации, гидроизоляция заряда, обеспечение простоты конструкции и технологии его изготовления, повышение надежности, снижение стоимости, то есть создание эффективного универсального устройства для эксплуатации в скважинах различной глубины с различными геотермальными условиями.

Технический результат достигается следующим образом:

- высокая эффективность устройства обеспечивается отсутствием твердой конденсированной фазы (шлаков) в продуктах сгорания вследствие исключения металлов из состава топлива. Кроме того, эффективность устройства обеспечивается комплексным воздействием на пласт, осуществляемым последовательной работой двух твердотопливных зарядов. При этом заряд, работающий первым, обеспечивает прогрев обрабатываемой зоны пласта на максимально возможную глубину. Второй заряд завершает процесс прогрева и обеспечивает образование необходимого количества соляной кислоты непосредственно в зоне обработки. Наличие в продуктах сгорания топлива высокого содержания НСl обеспечивает дополнительную химическую активность образующихся газов как агентов химической очистки структуры нефтяного пласта;

- расширение температурно-временного диапазона эксплуатации устройства достигается тем, что заряд, работающий первым, защищен от горения по цилиндрическим поверхностям теплоизоляционным материалом, а заряд, работающий вторым, изготовлен из топлива, в котором в качестве горючего связующего использован эпоксидный полидивинилизопренуретановый каучук;

- гидроизоляция второго заряда обеспечивается нанесением на его открытые поверхности защитной пленки из полимерного материала. Защита заряда от воздействия скважинной воды повышает его надежность;

- низкая стоимость устройства обеспечивается простотой его конструктивного решения.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит два твердотопливных заряда, состоящих из набора цилиндрических канальных шашек, и комплекта деталей, обеспечивающих их сборку. При сборке устройства шашки устанавливаются вертикально друг на друга с опорой на торцевые поверхности. Шашки соединены друг с другом по торцам с помощью сгораемых полимерных муфт (9) и удерживаются в собранном положении при помощи троса (3), проходящего через их канал. В верхней части устройства установлены термостойкие медленногорящие шашки (4) торцевого горения из газогенерирующего топлива с высокой температурой горения - до 2000С. Для обеспечения торцевого горения и для их термоизоляции цилиндрические поверхности шашек (4) покрыты материалом (5), препятствующим горению. Для воспламенения верхнего заряда на его верхнем торце установлен воспламенитель (8). В нижней части устройства установлены термостойкие быстросгораемые шашки (6) из топлива, выделяющего при горении хлористый водород. Для предотвращения растворения из топлива скважинной водой перхлората аммония, являющегося окислителем, что приводит к снижению чувствительности заряда к воспламенению, шашки (6) покрыты по открытым поверхностям защитной пленкой из полимерного материала, не препятствующей воспламенению этих поверхностей.

Устройство работает следующим образом. Устройство опускают на кабель-тросе (не показан), подсоединенном к кабельной головке (1), на забой скважины и устанавливают напротив интервала обрабатываемого пласта. С устья скважины через кабель-трос подают электрический импульс на воспламенитель (8). Медленногорящие шашки (4) горят параллельными слоями сверху вниз благодаря тому, что боковая поверхность их защищена от горения материалом (5), препятствующим горению. При этом для обеспечения более глубокого прогрева призабойной зоны продуктивного пласта использован твердотопливный состав с наибольшей калорийностью, высокой температурой продуктов сгорания и малой зависимостью скорости горения от давления. Скорость горения топлива шашек (4) выбрана наименьшей, а длина медленногорящего заряда - наибольшей, чтобы обеспечить наибольшее время его горения. При горении медленногорящего заряда фронт пламени, перемещаясь сверху вниз по всему интервалу перфорации, обеспечивает длительное высокотемпературное воздействие на продуктивный пласт, при этом время теплового воздействия составляет от 5 до 30 минут и назначается в зависимости от геологических особенностей пласта. Газообразные продукты сгорания создают в зоне обработки избыточное давление, способствующее теплопередаче в глубь продуктивного пласта. Медленногорящий заряд в конце своего горения воспламеняет быстросгораемый заряд. Шашки (6) быстросгораемого заряда изготовлены из топлива, имеющего скорость горения, равную или большую, чем у топлива шашек (4). Шашки (6) имеют один или несколько цилиндрических каналов, а их цилиндрические поверхности в отличие от шашек (4) не защищены от горения. Указанные особенности позволяют сжигать шашки (6) в предельно короткое время, исчисляемое десятыми долями секунды. Благодаря скоротечности сгорания шашек (6) образующийся объем газообразных продуктов не может мгновенно покинуть зону обработки, а столб скважинной жидкости, находящийся над устройством, благодаря своей инерционности не может мгновенно прийти в движение и в силу этого некоторое время, исчисляемое секундами, выполняет роль пакера. По этим причинам в зоне обработки создается избыточное давление, величину которого можно регулировать в широком диапазоне путем изменения веса шашек и их количества. Высокое избыточное давление, действуя на предварительно прогретый работой шашек (4) продуктивный пласт, способствует более глубокому внедрению в продуктивный пласт продуктов сгорания шашек (6), в составе которых не менее 20% НСl. Хлористый водород, взаимодействуя с пластовой водой, образует соляную кислоту непосредственно в зоне обработки. Газообразные продукты сгорания, расширяясь, приводят в движение столб скважинной жидкости, поднимая его на определенную высоту. Давление в зоне обработки падает. Происходит депрессия на пласт. Столб жидкости возвращается в исходное положение, сжимая газ. Происходит репрессия на пласт. Таким образом происходят затухающие колебания столба скважинной жидкости, оказывая репрессионно-депрессионное воздействие на продуктивный пласт, способствуя более глубокому продвижению газообразных продуктов, имеющих высокую температуру, в продуктивный пласт. Так действует механизм глубокого прогрева продуктивного пласта. Глубокий прогрев обеспечивает снижение вязкости нефтяных флюидов, т.е. повышает их подвижность, а репрессионно-депрессионное воздействие ослабляет их адгезионную связь с породой пласта. Одновременно производится кислотная обработка пласта, эффективность которой повышается благодаря высокой температуре продуктов сгорания заряда.

Новизна предлагаемого устройства для термобарохимической обработки призабойной зоны продуктивного пласта скважины заключается:

- в конструкции зарядов и их характеристиках, позволяющих обеспечить требуемые параметры работы устройства;

- в конструкции устройства, позволяющей обеспечить в определенной последовательности поэтапное воздействие на пласт - глубокий прогрев с последующей кислотной обработкой.