СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПЛАСТА Российский патент 1996 года по МПК E21B43/263 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а конкретнее к способам воздействия на пласт давлением газообразных продуктов взрыва с целью улучшения гидродинамической связи скважины с пластом.

Известен способ обработки пласта [1] включающий воздействие на пласт давления газов, которые образуются при сгорании в скважине порохового заряда, размещенного против продуктивного пласта.

Недостатком способа является малое время эффективного воздействия на пласт.

Известен также способ обработки пласта [2] принятый нами за прототип, включающий размещение жидкого взрывчатого вещества в интервале продуктивного пласта, установку в нем нескольких детонационных устройств и последовательное их инициирование. Недостатком этого способа является сложность технологии, заключающейся в последовательной подаче жидкого взрывчатого вещества и детонационных устройств в зону обработки, малое время воздействия на пласт, создание высоких давлений из-за применения взрывчатого вещества, способного к детонации. Последний недостаток ограничивает применение данного способа, так как при обработке больших интервалов приведет к разрушению обсадной колонны.

Целью предложенного способа является повышение эффективности обработки пласта путем создания режима циклического воздействия на пласт и увеличения общего времени эффективного воздействия. Эта цель достигается расположением зарядов взрывчатого вещества в горючеокислительном составе (ГОС) на различных глубинах. При горении ГОС давление в скважине возрастает до тех пор, пока фронт горения не достигнет боковой поверхности обсадной колонны. После этого горение ГОС распространяется вдоль колонны, а давление в скважине начинает падать. В этот момент времени производится инициирование следующего заряда и т. д. Таким образом, каждый заряд создает в скважине давление, принимающее два максимальных значения, одно при горении самого заряда, а другое от сжигания ГОС, расположенного над ним.

Если в качестве зарядов использовать пороховые заряды ПГД БК, то их длину можно подбирать в соответствии с рекомендациями, которые даны в инструкции по их применению [4]
Определим эффективную длину ГОС, расположенного над зарядом.

Осциллограммы зависимости давления от времени Р(t), полученные при сжигании ГОС в скважине, показывают, что максимальное давление в скважине по мере увеличения длины сжигаемого ГОС линейно увеличивается, затем остается без изменения. Это объясняется тем, что ГОС через определенное время начинает гореть только по торцу.

Эффективная длина ГОС приближенно равна:
L = V_в•τ,
где V_в скорость распространения воспламенения ГОС вверх по скважине;
τ время доcтижения фронтом горения ГОС боковой поверхности скважины.

Так как время t можно определить по формуле:

где U_cp, P_cp среднее значение скорости горения ГОС и давления;
U₁ скорость горения при давлении Р=P₁;
D диаметр скважины, то

Согласно [3] для эффективной обработки пласта максимальное давление Р_м должно превышать значение 0,8•Р_г примерно равно 2•P_o (P_г горное давление, Р_о
гидростатическое давление), поэтому приняв среднее значение давления:
P_ср=(P_м+P_o)/2,
изменяющимся в пределах от 1,5•Р_о при Р_м=2•Р_о до 2,5•Р_о при Р_м=4•Р (большее значение Р_м не рекомендуется для сохранения целостности обсадной колонны), получим окончательно следующий интервал изменения значения эффективной длины ГОС в зависимости от условий в скважине:

После сгорания ГОС длиной L давление в скважине начнет падать, поэтому через время:
τ = L/V_в,
необходимо произвести инициирование следующего заряда и т.д.

Таким образом, для поддержания в скважине необходимого эффективного давления в течение всего времени горения ГОС необходимо производить последовательное инициирование зарядов через интервалы времени, равные τ.

Если произвести первоначальное инициирование нижнего заряда, то вышерасположенные заряды будут самопроизвольно воспламеняться через интервалы времени t из-за распространения фронта воспламенения вверх по скважине со скоростью V_в.

В качестве теплогазогенерирующего состава (ТГС) в данном способе может применяться указанная авторами водная смесь хлористого аммония и азотнокислого натрия. Эффективность ТГС зависит в первую очередь от количества тепла, объема газов, выделяемых в ходе протекающей химической реакции взаимодействия окислителя и горючего, и скорости горения состава.

Нами с целью повышения газовыделения предлагается применять новые горючеокислительные составы, представляющие собой:
1) водные растворы нитрата аммония и хлористого аммония;
2) водные растворы нитрата аммония и гидроортофосфата аммония (NH₄)₂HPO₄.

При этом гидроортофосфат аммония может вводиться в состав смеси как индивидуально, так и в виде смесей с нитратом аммония и/или нитратом калия, и/или дигидроортофосфатом аммония (NH₄)H₂PO₄, например, в виде азотфосфоросодержащих продуктов, производимых в Российской Федерации в больших количествах под названиями: аммофос, нитроаммофос, нитродиаммофос, нитрофоска.

В таблице приведены сравнительные теплогазовые характеристики ряда композиций ГОС.

Примечание: теплота сгорания и объемы газов рассчитаны с использованием данных по походным веществам и продуктам реакции, приведенных в справочниках [5, 6, 7] применительно к следующим реакциям сгорания составов:
NH₄Cl_k+NaNO_2(k)_→ NaCl_(k)+N₂+H₂O
1,5NH₄NO_3(k)+NH₄Cl_(k)_→ 2N₂+4,5H₂O+HCl
3NH₄NO_3(k)+(NH₄)₂HPO₄_→ 4N₂+10,5H₂O+0,25P₄O_10(k)
Индекс "k" oзначает "конденсированный продукт", без индекса газы. Оба вещества, входящие в состав-аналог, а именно азотистокислый натрий NаNО₂ и хлористый аммоний NH₄Cl, являются ядовитыми. Поэтому к cущественным достоинствам предлагаемых горючеокислительных составов по сравнению с аналогом следует отнести их значительно меньшую токсичность.

Примеры горючеокислительных составов:
Пример 1.

В металлическом сосуде при температуре 70^oС смешивают 30 мас. ч. воды, 56 мас. ч. нитрата аммония и 14 мас. ч. нитродиаммофоса. Получается жидкий горючеокислительный состав с плотностью 1300-1310 кг/м³.

Пример 2.

В стеклянной колбе при температуре 60^oС смешивают воду, нитрат аммония и нитроаммофосфат в весовом соотношении 3:5:2. Получается жидкий горючеокислительный состав с плотностью 1290-1300 кг/м³.

Пример 3.

В стеклянной, фарфоровой или металлической емкости при температуре 40^oС смешивают 35 мас. ч. воды, 45 мас. ч. аммония и 20 мас. ч. хлористого аммония. Получается жидкий горючеокислительный состав.

Пример реализации предлагаемого способа.

Ниже приведены результаты численного моделирования по сжиганию ГОС в скважине N 368 (куст 26) Средне-Асомкинского месторождения НГДУ "Юганскнефть",
Характеристики скважины:
Наружный диаметр обсадной колонны 146 мм
Искусственный забой 3137 м
Пласт ЮС перфорирован в интервале (всего 180 отв от ПКС-80) 3110-3119 м
Температура пластовая 98^oС
В мернике агрегата ЦА 320 при 60-70^oС было приготовлено 1500 кг жидкого ГОС, включавшего 450 кг воды, 750 кг нитрата аммония и 300 кг нитроаммофосфата. Полученный ГОС представлял маловязкую жидкость с плотностью 1300 кг/м³ и был закачан на глубину 3044-3137 м под столб находившейся сверху скважинной жидкости с плотностью 1150 кг/м³. На глубину 3114 м и 3079 м, т. е. в зону расположения ГОС были опущены два заряда генератора ПГД.БК 100 м массой 70 кг каждый (заряд выбран согласно [3]) и произведено воспламенение нижнего заряда.

Максимальное давление при сгорании порохового заряда (1-й цикл) составило 69 МПа (см. чертеж). Во втором цикле максимальное давление оказалось равным соответственно 66 и 71 МПа.

Общая продолжительность импульсного воздействия составила 130, что значительно превышает длительность воздействия от сгорания только ПГД.БК (0,6 с).

Сопоставительный анализ признаков предложенного решения с прототипом показывает, что оно отличается следующими новыми признаками:
заряды из взрывчатого материала, способные каждый в отдельности обеспечить начальные трещины в пласте, располагаются на различных глубинах, выбираемых по определенному соотношению;
инициирование зарядов производится с определенной задержкой по времени;
предлагаются новые горючеокислительные составы, при горении которых благодаря высокой скорости газовыделения поддерживается эффективное давление в течение всего времени горения.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент США N 3422760, кл. 102-21.6, 1969.

2. Патент США N 3718088, кл. Е 21 B 43/26, 1973.

3. Инструкция по применению пороховых генераторов давления ПГД. БК в скважинах, ВИЭМС, М. 1989.

4. Под ред. В.П. Глушко и др. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание в четырех томах, М. Недра, 1978-1982.

5. Краткая химическая энциклопедия, т.т. 1-5, М. Советская энциклопедия.

6. В.И. Перельман. Краткий справочник химика, М.-Л. 1954.

Использование: для воздействия на продуктивный пласт давлением газообразных продуктов взрыва. Сущность изобретения: в горючеокислительном составе (ГОС) на различных глубинах располагают заряды из взрывчатого материала. Каждый заряд в отдельности обеспечивает начальные трещины. Инициирование трещин производят последовательно. В скважине поддерживают необходимое эффективное давление в течение всего времени горения ГОС. Расстояние между зарядами и время задержки инициирования выбирают из определенных соотношений, учитывающих свойства ГОС и условия в скважине. В качестве ГОС применяют водный раствор нитрата аммония и гидроортофосфата аммония (NH₄)₂HPO₄. Последний вводят в состав индивидуально или в виде смесей с нитратом аммония, и/или смесей с нитратом калия, и/или смесей c дигидрофосфатом аммония. 4 з. п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ обработки пласта, включающий размещение в интервале продуктивного пласта скважины жидкого горюче-окислительного состава, установку в нем воспламенительных устройств и их последовательное инициирование, отличающееся тем, что воспламенительные устройства размещают на расстоянии одно от другого и определяемом из выражения

где L расстояние между воспламенительными устройствами, м;
U₁ скорость горения состава при давлении, равном P₁, м/с;
V_в скорость распространения воспламенения в составе, м/с;
P_o гидростатическое давление, МПа;
D внутренний диаметр обсадной колонны, м. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что последовательное инициирование воспламенительных устройств производят с задержкой по времени, определяемой из выражения
τ = L/V_в.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят инициирование только нижнего воспламенительного устройства. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве горюче-окислительного состава применяют водный раствор нитрата аммония и хлористого аммония. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве горюче-окислительного состава применяют водный раствор нитрата аммония и гидроортофосфата аммония (NH₄)₂HPO₄.