газогенератор на твердом топливе для обработки нефтегазовых скважин

Формула изобретения

Газогенератор на твердом топливе для обработки нефтегазовых скважин, включающий трубчатые цилиндрические заряды, обеспечивающие вибрационный режим горения, воспламенительный заряд и грузонесущий геофизический кабель с элементами крепления конструкции, отличающийся тем, что при обработке крутонаклонных, искривленных скважин и горизонтальных скважин, геофизический кабель расположен внутри гибкой непрерывной трубы, повторяющей направления скважины, имеет токопроводящие жилы для подсоединения к проводам инициирующего узла воспламенительного заряда, причем гибкая непрерывная труба соединена с защитным кожухом - оболочкой вокруг зарядов в виде перфорированной или неперфорированной металлической насосно-компрессорной трубы, или изготовленной из стеклопластика, с помощью деталей, обеспечивающих стягивание зарядов вплотную друг с другом и с ней, а трубчатые цилиндрические заряды имеют длину каналов и разные диаметры этих каналов для обеспечения высокочастотных и низкочастотных импульсов давления при горении этих зарядов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для стимуляции прискважинной зоны нефтегазового пласта (ПЗНП) твердотопливными зарядами (газогенераторами) с целью увеличения притоков углеводородного сырья. Устройство предназначено, прежде всего, для эксплуатации в загрязненных в процессе эксплуатации скважинах. Может быть использовано и после пуска новых скважин.

При горении зарядов в скважине происходят термогазохимические и барические воздействия на горные породы. Термогазохимическое воздействие на ПЗНП зарядами после перфорации приводит к появлению продольных и поперечных трещин, расширению каналов и другим изменениям пород, а также к изменениям свойств жидких ингредиентов продуктивного пласта, стимулирующих увеличение добычи нефти, конденсата и газа.

При значительном барическом воздействии эти процессы усиливаются. В предельных случаях (при превышении давления от горения зарядов в 1,5...3 раза по отношению к горному давлению) возникает "горячий" гидроразрыв ПЗНП и появляются протяженные магистральные каналы, отходящие, в основном, от перфорационных отверстий скважины.

Виброволновое воздействие (ВВВ), дополняющее другие виды воздействий, происходит в результате вибрационного горения канального твердотопливного заряда газогенератора. При таком горении в его канале образуются первичные высокочастотные волны давления, вызванные неоднородным выгоранием основных компонентов топлива, зависящие от его рецептурных особенностей и резонансных свойств полостей каналов зарядов. Они генерируют в окружающую скважину породы, осуществляя импульсное поступление продуктов сгорания заряда в ПЗНП.

В результате имеет место возбуждение резонансных колебаний отдельных частиц и блоков пласта с выделением внутренней энергии напряженного состояния пород в виде вторичного акустического излучения. Первичные волны в совокупности с этим излучением влияют на физико-химические свойства флюидов, вызывая изменения фильтрационных характеристик и структуры пластовой жидкости. Образуются дополнительные микротрещины и каналы, происходит снижение степени неоднородности ПЗНП и уменьшение вязкости нефти. ВВВ уменьшает давление, при котором наступает "горячий" гидроразрыв пласта.

Известны газогенераторы на твердых топливах, описанные в патентах [1...4]. Аналог [1] представляет собой бескорпусный секционный заряд для газодинамического воздействия на пласт, включает узел воспламенения, пороховые секции заряда и оснастку, состоящую из деталей для сбора пороховых секций заряда, пропущенных через центральный канал каждой пороховой секции, и деталей, обеспечивающих стягивание пороховых секций вплотную друг к другу.

Конструкция заряда сложная. Он имеет значительное количество металлических частей при относительно небольшой массе топлива. Из-за недостаточной площади кольцевого зазора между полой штангой и поверхностью канала повышенное давление, создаваемое в канале продуктами сгорания, может разрывать его. Заряд также не осуществляет ВВВ на продуктивный пласт.

Аналоги [2, 3] представляют собой газогенераторы для термогазохимического, барического и виброволнового воздействий на пласт путем сжигания в интервале продуктивного пласта цилиндрических канальных зарядов из твердотопливного материала. Длина и диаметр заряда связаны соотношением (20-40):1, а содержание стабилизатора горения к общей массе заряда не более 1,5%. Из-за ВВВ эффективность газогенераторов выше по сравнению с [1].

Однако все рассмотренные устройства - аналоги, тем не менее, с помощью обычных геофизических кабелей не могут быть доставлены в крутонаклонные и горизонтальные скважины.

Аналогом устройства также является устройство и соответствующий метод разрыва пласта с использованием твердого топлива [4], предназначенные, прежде всего, для очистки горизонтальных скважин.

Аналог представляет собой набор цилиндрических канальных зарядов в герметичном исполнении, изготовленных из смесевого твердого топлива на основе перхлората аммония и органического связующего. Заряды находятся в гибких трубах. Воспламенение их после доставки в интервал ПЗНП происходит от гидродетонатора, находящегося в запале первого заряда, установленного на начале горизонтального участка скважины. Гидродетонатор срабатывает от давления жидкости, нагнетаемой насосом с поверхности. Последующая передача горения от первого заряда другим зарядам происходит через огнепроводный элемент.

Узел воспламенения описываемого устройства ненадежен, при недостаточном давлении жидкости есть опасность его несрабатывания. Трудно осуществить герметизацию зарядов, особенно при высоких температурах и давлении. Эффективность только термогазохимического и барического воздействий без виброволновых составляющих на ПЗНП явно недостаточна.

Известен газогенератор на твердом топливе с регулируемым импульсом давления для стимуляции скважин [5], выбранный нами в качестве прототипа. Он включает пороховые трубчатые бронированные заряды, размещенный под ними воспламенительный заряд и грузонесущий геофизический кабель с элементами крепления конструкции. Между воспламенительным зарядом и бронированными по внешней поверхности зарядами размещены небронированные трубчатые заряды. При этом количество небронированных трубчатых зарядов относительно бронированных определено по формулам.

При горении зарядов, входящих в состав этого газогенератора, возникают пульсации давления на фоне общего повышения давления в скважине. Пульсации дополнительно способствуют увеличению эффективности термогазохимической обработки ПЗНП за счет разрушения стенок трещин и кольматантов знакопеременными нагрузками. При горении зарядов в целом их продолжительность изменяется от нескольких сотых до нескольких десятых долей секунды.

Недостатки прототипа следующие. Устройство не работоспособно в крутонаклонных, искривленных и горизонтальных скважинах. Небронированные заряды от трения по нижней стенке обсадной трубы могут воспламениться. Бронирующее покрытие разрушится от нагрузок, тем более, что в прототипе указано, что оно выполнено из несгораемого, но легко разрушаемого материала. Система поджигания воспламенительного заряда сложная. Она состоит из нескольких элементов, включая и нежелательный для применения детонирующий шнур.

Низкочастотное ВВВ на продуктивный пласт устройство может создавать. Однако частоту низкочастотных пульсаций давления свыше 50 герц при такой конструкции газогенератора получить нельзя. Газогенератор не может также индуцировать высокочастотное ВВВ на ПЗНП, например, при частотах свыше одного килогерца.

Согласно [6] низкочастотные пульсации давления при частотах 20...300 герц приводят к увеличению относительной скорости фильтрации жидкости и распространению зоны обрабатываемого продуктивного пласта. Такие частоты прототип создать не может. Кроме этого, при большом диаметре заряда в скважине могут находиться остатки грузонесущего геофизического кабеля, бронепокрытия и металлических частей конструкции. В целом конструктивное оформление прототипа громоздкое.

Задачей изобретения является повышение надежности и эффективности устройства с целью достижения более высокого дебита нефти, газоконденсата и газа в скважинах любой направленности.

Указанный технический результат достигается тем, что в газогенераторе на твердом топливе для обработки нефтегазовых скважин, включающем трубчатые цилиндрические заряды, воспламенительный заряд и грузонесущий геофизический кабель с элементами крепления конструкции, новым является то, что геофизический кабель, расположенный внутри гибкой непрерывной трубы, повторяющей направления скважины, имеет токопроводящие жилы для подсоединения к проводам инициирующего узла воспламенительного заряда, причем гибкая непрерывная труба соединена с защитным кожухом, например с оболочкой вокруг зарядов в виде перфорированной или неперфорированной металлической насосно-компрессорной трубы, или изготовленной из стеклопластика или любого другого материала, с помощью деталей, обеспечивающих стягивание зарядов вплотную друг с другом и с ней.

Устройство изобретения показано на чертеже. В нем имеется заряд 1 (отдельные фрагменты с разными диаметрами каналов), содержащий инициирующий узел 2 (нихромовая спираль, вмонтированная в топливо, с подводящими к ней проводами), оболочка 3 в виде перфорированной части насосно-компрессорной трубы, муфта 4, переходник 5, стыковочный узел 6, обтекатель 7, пружина 8, грузонесущий трос 9, решетка 10 и гибкая непрерывная труба 11, представляющая собой металлическую длинномерную безмуфтовую трубу (ДБТ) с расположенным внутри ее геофизическим кабелем. Внутри обтекателя находится крешерный прибор для измерения максимального давления в скважине при работе устройства.

Наружный диаметр заряда без оболочки составляет 65 мм, минимальная длина 600 мм. ДБТ имеет наружный диаметр 33,3 мм (1,3 дюйма) с геофизическим кабелем внутри. На конце ДБТ имеется головка с токоподводящими жилами от кабеля.

Сборку газогенератора начинают с монтажа зарядов с использованием деталей оснастки. Электрические провода от инициирующего узла воспламенительного заряда подсоединяют к токопроводящим жилам кабеля. Газогенератор состыковывают с ДБТ, находящейся в колтюбинговой установке, расположенной вблизи скважины. С ее помощью гибкую трубу разматывают и доставляют в интервал отработки ПЗНП.

Устройство работает следующим образом. После подачи электрического тока по геофизическому кабелю на инициирующий узел происходит воспламенение и последующее горение всех зарядов. Так как заряды трубчатые, то при определенных длинах каналов это горение переходит в вибрационный режим. В каналах возникают высокочастотные (порядка нескольких килогерц-десятков килогерц) волны давления. При разных диаметрах каналов дополнительно возникают низкочастотные (не более 300 Гц) волны, связанные с завершением их горения (сначала с большим диаметром канала, затем постепенно с более узким).

Генерируемые при вибрационном горении волны от газогенератора распространяются на окружающее его пространство. Происходит термогазохимическое, барическое и виброволновое воздействия на ПЗНП. При этом высокочастотные импульсы давления распространяются на ближайшую к скважине зону, а низкочастотные - на более дальние расстояния.

В итоге происходят такие благоприятные изменения горных пород и жидких ингредиентов, заполняющих их поры, каналы и трещины, при которых усиливаются оттоки жидкости из пород в скважину, происходит интенсивная очистка ПЗНП и, в конечном итоге, существенно увеличивается дебит скважины.

После обработки скважины ДБТ с остатками оснастки газогенератора с помощью колтюбинговой установки поднимают на поверхность и расстыковывают. Повторную обработку скважины повторяют с увеличенной массой зарядов при недостаточном давлении, зафиксированном крешерным прибором.

Установка надувных пакерных элементов между ДБТ и стенками скважины у ПЗНП, так же, как и создание перемычки в самой скважине ближе к газогенератору, например, для укорочения горизонтальных скважин, усилят эффективность стимуляции скважин рассмотренным устройством за счет более направленного воздействия продуктов сгорания на пласт.

Газогенератором, состыкованным с гибкой непрерывной трубой, возможна обработка нефтегазовых скважин любого направления и протяженности при глубинах до 5 км и температурах до +150°С. Все известные устройства с зарядами осуществить этого не могут.

Источники информации

1. Патент РФ №2183740. МПК Е21В 43/263. Заряд бескорпусной секционный для газодинамического воздействия на пласт. Падерин М.Г., Газизов Ф.М., Ефанов Н.М., Рудаков В.В., Падерина Н.Г. Заявл. 22.08.2001. Опубл. 20.06.2002. БИПМ №17.

2. Патент РФ №2151282. МПК 7 Е21В 43/45. Устройство для термогазохимической обработки продуктивного пласта. Пивкин Н.М., Пелых Н.М., Кузнецова Л.Н., Карпов А.А., Аликин В.Н., Соловьев Н.М. Заявл. 08.02.1999. Опубл. 20.06.2000. Бюл. №17.

3. Патент РФ №2176728. МПК 7 Е21В 43/25, 43/27. Способ обработки продуктивного пласта и заряд. Балдин А.В., Новоселов Н.И., Пелых Н.М. Пивкин Н.М., Кузнецова Л.Н., Южанинов П.М. Заявл. 27.12.2000. Опубл. 10.12.2001. Бюл. №34.

4. Патент США №5295545. МПК Е21В 43/263, 1994. Метод разрыва пласта с использованием твердого топлива.

5. Патент РФ №2175059. МПК Е21В 43/263. Газогенератор на твердом топливе с регулируемым импульсом давления для стимуляции скважин. Крощенко В.Д., Грибанов Н.И., Гайворонский И.Н., Павлов В.И., Санасарян Н.С., Залогин В.П., Жарков А.С., Марьяш В.И., Максимович Ю.И., Кодолов В.В. Заявл. 06.10.1999. Опубл. 20.10.2001 - прототип.

6. Дыбленко В.П., Камалов Р.Н. и др. Повышение продуктивности и реанимация скважин с применением виброволнового воздействия. - М., ООО "Недра Бизнесцентр". 2000. С.14, 20.