устройство для термогазогидравлического воздействия на пласт

Формула изобретения

1. Устройство для термогазогидравлического воздействия на пласт, содержащее соединенный с каротажным кабелем кабельный наконечник с наголовником, верхний и нижний корпус-обтекатель, между которыми на штанге расположена сборка секций заряда с рассеивателем, отличающееся тем, что в каждой секции заряда выполнены разгрузочные отверстия вдоль линии образующей, проходящей по боковой поверхности секций заряда, а на боковых поверхностях наголовника и нижнего конуса-обтекателя выполнены выступы с заостренной вершиной, кроме того стенки наголовника оснащены окнами, сообщающими его внутренний объем со скважинной зоной пласта.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оси отверстий в каждой секции заряда перпендикулярны оси сборки секций заряда и лежат с ней в одной плоскости.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каротажный кабель и кабельный наконечник оснащены термозащитным покрытием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области добычи нефти, а именно к средствам воздействия на прискважинную зону продуктивного пласта, и может быть применено для повышения производительности скважин на нефтяных месторождениях.

Одним из рациональных и эффективных методов воздействия на прискважинную зону продуктивного пласта с целью установления надежной гидродинамической связи скважины с пластом является разрыв пласта за счет давления, обусловленного продуктами горения порохового заряда. Под воздействием давления жидкости и газа, равного или превышающего горное, горные породы необратимо деформируются. Способ разрыва пласта пороховыми газами основан на механическом, тепловом и химическом воздействии газов на горные породы и насыщающие их флюиды.

Известен заряд ПГД.БК-100М (Прострелочно-взрывная аппаратура: Справочник / Л.Я.Фридляндер, В.А.Афанасьев, Л.С.Воробьев и др.; Под ред. Л.Я.Фридляндера, - 2-е изд. Перераб. и доп. - М.: Недра, 1990, Раздел 4.1. Пороховые генераторы давления, стр. 109-112). Бескорпусный секционный пороховой заряд на геофизическом кабеле, включающий пороховые секции, изготовленные из твердого ракетного топлива: одной воспламенительной секции и пяти основных секций заряда, установленные вплотную друг к другу. В каждой секции заряда имеется центральный канал. В воспламенительной секции заряда диаметр канала больше, чем в основных секциях. В качестве воспламенительной секции заряда используют опорную трубу с пиротехническими воспламенителями. В верхней части труба загерметезирована кабельной головкой, к которой прикреплен геофизический кабель с надетыми на него двумя основными секциями заряда с верхним наконечником. В нижней части труба загерметезирована заглушкой с прикрепленным к ней тросом, на которой вплотную к воспламенительной секции надевают три основные секции заряда. В нижней части заряда имеется наконечник, закрепленный гайкой. Горение заряда происходит с канала. Боковая поверхность заряда имеет защитное покрытие, предохраняющее заряд от трения и ударов о колонну. Для регистрации максимального давления, создаваемого в скважине пороховым генератором, на расстоянии 10 м от верхнего торца генератора к кабелю прикрепляют крешерный прибор. Значение созданного давления находят по специальной таблице, прилагаемой к каждой партии крешерных столбиков в зависимости от степени обжатия столбика.

Генератор работает следующим образом.

При подаче по кабелю электрического импульса срабатывает пиропатрон, который поджигает пусковые воспламенители, расположенные в канале опорной трубы. Образующиеся продукты сгорания пусковых воспламенителей прожигают стенки труб и поджигают воспламенительную секцию заряда. Продукты горения воспламенительного заряда поджигают основные заряды. Горение заряда идет от центрального канала.

Использование этих устройств не всегда дает положительный эффект. Это связано с тем, что заряды собраны на геофизическом кабеле, в местах стыка секций заряда при их горении происходит перегрев и разрыв каротажного кабеля, секции заряда разъединяются, что может привести к аварийной ситуации.

В качестве прототипа выбран заряд бескорпусный секционный для газогидравлического воздействия на пласт (патент РФ №2178072, МКИ Е21В 43/263, 2000). Устройство включает узел воспламенения и секции заряда. Они изготовлены из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной средах. Устройство имеет одну или несколько воспламенительных секций для возгорания основных секций и оснастку с деталями для сбора секций заряда, пропущенных через центральный канал каждой секции, и детали, обеспечивающие стягивание секций вплотную друг другу. Оснастка представляет собой составную штангу, пропущенную через центральный канал каждой секции. К обоим концам секции присоединены конусы-центраторы обтекаемой формы для стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу. Диаметр конусов-центраторов превышает диаметр секций заряда. Между секциями заряда установлены центрирующие кольца. Они превышают по диаметру диаметр секций заряда. При этом кольца изготовлены таким образом, чтобы не менялась динамика горения заряда. Между нижним конусом-центратором и секциями заряда расположен рассеиватель для отвода газового потока, образующегося при горении заряда. Секции заряда не имеют защитного покрытия.

Устройство работает следующим образом.

Его опускают в интервал перфорации и по команде с наземного пульта производят запуск. Горение происходит по всей поверхности заряда. При горении заряда образуется большое количество горячих газов, которые через рассеиватель попадают в обсадную колонну. Время воспламенения всей поверхности заряда составляет меньше 0,1 с.

Недостатком этого устройства является следующее. В прототипе при срабатывании заряда на прибор действует подъемная сила, обусловленная интенсивным газоприходом. В результате этого происходит подбрасывание прибора вверх, что способствует появлению изгибов кабеля в ближней от прибора зоне.

Это приводит к существенному возрастанию гидродинамического сопротивления кабеля восходящим потокам. При работе заряда горячие газы минуют верхний обтекатель и достигают приборного наголовника, кабельного наконечника, измерительного блока и «сложенного» в ближней зоне каротажного кабеля. На упомянутых элементах происходят торможение восходящих потоков и концентрация тепла раскаленных газов, что ведет к локальному перегреву в зонах торможения. В неблагоприятных температурных условиях оказывается кабель, так как его сопротивление восходящему потоку горячих газов существенно возрастает из-за его ориентации, отличающейся от осевой.

К аварийности, связанной с обрывом каротажного кабеля, в прототипе ведет следующий фактор. При срабатывании секций заряда происходит подбрасывание прибора вверх. После этого начинается падение прибора вниз с ускорением и набор им скорости с последующим резким торможением за счет натяжения кабеля, потенциальная энергия поднятого газами прибора направлена на обрывание кабеля. При этом вероятность обрыва перегретого кабеля велика даже при незначительных ударных нагрузках.

Обработку скважин с применением зарядов безкорпусных нередко приходится производить в среде, содержащей кислоту, что имеет место после кислотных обработок. В этом случае предпосылки к разрушению брони кабеля и изоляции его жил в прототипе, а также к обрыву кабеля усиливаются.

Таким образом, в прототипе есть существенные предпосылки повышенной аварийности, связанной с выходом из строя каротажного кабеля и его обрывом, перегревом кабельного наконечника, приборного наголовника, перегревом и выходом из строя измерительного блока.

К следующему недостатку прототипа следует отнести то, что в связи с развитой внутренней поверхностью заряда обуславливается интенсивный газоприход, приводящий к разрыву цилиндрических секций заряда на множество догорающих по отдельности элементов. Такой режим функционирования заряда является неуправляемым, так как в этом случае невозможно обеспечить оптимальное для разрыва пласта давление и закон его изменения, затруднительно построить корректную технологию обработки пласта. Вероятность разрыва заряда на отдельные элементы усугубляется тем, что рассекатель в процессе спуска в скважину через боковые отверстия может забиваться вязкими элементами, препятствующими газоотводу из внутренней полости секций заряда.

Таким образом, в прототипе исключается возможность получения заданного закона изменения давления в зоне обработки.

Кроме этого, описанное выше поведение заряда в прототипе обуславливает кратковременное его сгорание. Это вызывает кратковременный мощный импульс давления, оказывающий повышенную нагрузку на обсадную колонну и цементный камень, что может привести к аварийной ситуации, т.е. к нарушению их целостности.

Предлагаемое устройство позволяет снизить аварийность работ за счет щадящего режима воздействия на пласт, а также повысить эффективность обработки прискважинной зоны пласта и надежность проведения работ.

Это достигается тем, что в устройстве для термогазогидравлического воздействия на пласт, содержащем соединенный с каротажным кабелем кабельный наконечник с наголовником, верхний и нижний корпус-обтекатель, между которыми на штанге расположена сборка секций заряда с рассеивателем, в каждой секции заряда выполнены разгрузочные отверстия вдоль линии образующей, проходящей по боковой поверхности секций заряда, а на боковых поверхностях наголовника и нижнего конуса-обтекателя выполнены выступы с заостренной вершиной, кроме того, стенки наголовника оснащены окнами, сообщающими его внутренний объем со скважинной зоной пласта.

Кроме того, оси отверстий в каждой секции заряда перпендикулярны оси сборки секций заряда и лежат с ней в одной плоскости, а каротажный кабель и кабельный наконечник оснащены термозащитным покрытием.

На фиг.1 представлена конструкция заявляемого устройства.

На фиг.2 представлена зависимость давления от времени при работе предлагаемого устройства в сравнении с работой устройства по прототипу.

Устройство (Фиг.1) опускается в скважину в зону предстоящей обработки на каротажном кабеле 1, который через кабельный наконечник 2 жестко соединен с наголовником 3 и верхним конусом-обтекателем 4. Секции 5, 6 и 7 заряда размещены на штанге 8 и стыкуются между собой за счет торцевых углублений и выступов, поджаты пружиной 9 к рассеивателю 10 с отверстиями 11 и к нижнему конусу-обтекателю 12. Вся сборка крепится фиксатором 13. В углублении одной из секций заряда размещается узел поджига 14 с токоподводящими проводами 15, соединенными с кабелем 1. В каждой секции заряда вдоль образующей всей сборки выполнены разгрузочные отверстия 16, оси которых перпендикулярны продольной оси прибора и лежат с ней в одной плоскости. Для защиты торцов верхнего и нижнего секций заряда установлены опорные шайбы 17. Предохранительные резиновые кольца 18 защищают секции от внешнего механического воздействия. Число секций заряда может быть различным, от 9 штук и более, в зависимости от глубины залегания обрабатываемого пласта. Каротажный кабель 1 и кабельный наконечник 2 оснащены термозащитным покрытием 19 длиной до 1-2 метров. На боковой поверхности наголовника 3 сформированы выступы 20 с заостренной вершиной и расположены окна 21, сообщающие внутренний объем А наголовника со скважинной зоной Б пласта.

Устройство работает следующим образом.

При подаче по токоподводящим проводам 15 тока на узел поджига 14 происходит воспламенение секций заряда. Воспламенение с высокой скоростью распространяется по внутренней поверхности секций и через разгрузочные отверстия 16 быстро передается на их наружную поверхность. За счет реактивных струй горячих газов из отверстий 16 прибор испытывает силу, прижимающую его к стенке скважины, выступы 20 на наголовнике 3 и нижнем конусе-обтекателе 12 увеличивают силу трения между скважинным прибором и стенкой скважины. Таким образом происходит предотвращение подбрасывания прибора вверх, т.к. энергия раскаленных газов в этом случае направлена на прижимание конструктивных элементов прибора к стенке скважины. Это обстоятельство препятствует подъему скважинного прибора вверх и последующему его падению. Таким образом, снижается вероятность отрыва кабеля 1 от наконечника 2. Кроме этого, через разгрузочные отверстия 16 происходит стравливание избыточного давления из внутренней полости заряда, что предотвращает жесткий режим его срабатывания, т.е. с максимально возможной скоростью, и позволяет получить необходимую для эффективной обработки пласта форму кривой давления.

Зависимость давления от времени при работе прототипа и предлагаемого устройства представлена на Фиг.2. Кривая 1 характерна для прототипа, здесь импульс давления имеет высокую амплитуду, но малую длительность. Высокая амплитуда давления оказывает разрушающее действие на обсадную колонну и цементный камень, а малая длительность этого импульса не позволяет обеспечить эффективное закрепление полученных в пласте трещин.

Зависимость 2 (Фиг.2) отображает работу предлагаемого устройства для газогидроразрыва пласта, которое характеризуется наличием разгрузочных отверстий 16 (см. фиг.1) в секциях заряда. После образования трещин в пласте давление от P₁ в зоне обработки постепенно падает до Р₀ , т.е. до гидростатического, при этом происходит закрепление полученных трещин, таким образом исключается их быстрое смыкание, чему способствуют давление и вибрации. Эти вибрации, создаваемые догорающим зарядом, обуславливаются изменениями давления на спаде кривой 1 (фиг.2). Время спада, т.е. время закрепления трещин прямо пропорционально количеству секций заряда. Для наиболее эффективного закрепления полученных трещин имеет смысл увеличивать количество зарядов, что одновременно будет способствовать получению более развитой сети трещин.

Кривая 2 отличается от кривой 1 (см. фиг.2) тем, что ее склоны являются более пологими.

Отсюда очевидно, что обработка пласта предлагаемым устройством по сравнению с прототипом является более щадящей по отношению к обсадной колонне и цементному кольцу.

Наголовник 3 имеет внутреннюю полость А, которая через окна 21 сообщается со скважиной зоной Б пласта. Наголовник 3 частично поглощает тепловую энергию за счет своей массы, внутренней полости и выступов 20, что позволяет облегчить температурный режим для кабеля 1.

Во внутренней полости наголовника 3 могут быть размещены датчики давления и другие контрольно-измерительные устройства.