УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОГАЗОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА Российский патент 1997 года по МПК E21B43/26 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам, изготовленным из твердотопливных зарядов, которые в процессе их сжигания в стволе скважины осуществляют термогазохимическую обработку продуктивного пласта с целью повышения добычи нефти и газа за счет повышения фильтрационных характеристик горных пород и очистки прискважинной зоны пласта от накопившихся во время предыдущей эксплуатации скважины асфальто-смоло-парафинистых отложений, продуктов химических реакций, песчано-глинистых частиц и т. п.

Известно устройство для термогазохимической обработки продуктивного пласта, включающее опускаемый в скважину на кабель-тросе и выполненный в виде сплошной цилиндрической шашки с воспламенителем и с центральным круглым каналом бескорпусный заряд из твердотопливного материала, а именно из баллиститного пороха. Для обеспечения стабильного горения в материал заряда вводят наполнитель стабилизатор горения.

Это известное устройство наиболее близко к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту и принято за прототип.

Устройство устанавливают в скважине в интервале подлежащего обработке продуктивного пласта. По кабелю на воспламенитель подают электрический ток, от которого заряд воспламеняется и горит.

При горении порохового заряда зона продуктивного пласта подвергается одновременному механическому, тепловому и физико-химическому воздействию продуктов горения.

Механическое воздействие приводит к образованию в продуктивном пласте дополнительных остаточных трещин от проникновения в поры пласта газов и скважинной жидкости под большим давлением, образуемым в результате сгорания порохового заряда. При этом попутно происходит разрушение образовавшихся в процессе предыдущей эксплуатации скважины водонефтяных барьеров, очистка прискважинной зоны от продуктов химических реакций и песчано-глинистых частиц.

Тепловое воздействие продуктов горения ведет к расплавлению асфальто-смоло-парафинистых отложений и усилению химических реакций, возникающих в пласте при горении порохового заряда.

Физико-химическое воздействие продуктов горения обеспечивает снижение коэффициентов вязкости и поверхностного натяжения нефти на границе с водой, частичное растворение карбонатных пород и цемента и около скважины.

Однако это известное устройство далеко не в полной мере использует потенциальные возможности порохового заряда и по этой причине эффективность работы известного устройства ограничена. Это связано с тем, что наполнители
стабилизаторы горения в баллиститные пороха вводят, как правило, свыше 1,5
2,0 от массы заряда для обеспечения его стабильного горения. Поэтому при сжигании известного порохового заряда термогазохимическое воздействие проявляется лишь в непосредственной близости от скважины (не более 60 150 см от ствола скважины) и совсем не распространяется на большую глубину продуктивного пласта.

Кроме того, известное устройство имеет недостаточную эксплуатационную надежность, так как во многих случаях (до 60) при горении в скважине такие пороховые заряды разрываются до окончания их сгорания из-за того, что при сжигании такого заряда продукты горения не успевают своевременно выйти из центрального круглого канала, повышая в нем давление. Когда давление в канале превысит величину давления вокруг заряда, он разрывается.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства путем обеспечения при его работе увеличения глубины обработки пласта за счет создания вибрационного и/или пульсирующего режима горения заряда при одновременном повышении эксплуатационной надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для термогазохимической обработки продуктивного пласта, включающем опускаемый в скважину на кабель-тросе и выполненный в виде сплошной цилиндрической шашки с воспламенителем и с центральным круглым каналом бескорпусный заряд из тведотопливного материала, например баллиститного пороха, с наполнителем - стабилизатором горения, соотношение длины центрального круглого канала заряда и диаметра указанного канала выполнено равным (40 120) 1, причем перпендикулярно центральному круглому каналу в теле заряда по его длине дополнительно выполнены ряды поперечных сквозных каналов диаметрами 0,25 1,0 от диаметра центрального круглого канала, при этом в каждом ряду поперечные сквозные каналы выполнены пересекающимися под прямым углом друг к другу, причем расстояние по длине заряда между каждыми двумя соседними рядами поперечных сквозных каналов выполнено равным (20 40) 1 длины центрального круглого канала к его диаметру, а содержание наполнителя стабилизатора горения к общей массе заряда выполнено не более 0,6
Было установлено, что, если содержание наполнителя стабилизатора в пороховом заряде будет выполнено не более 0,6 от массы заряда, тогда полностью исключается стабильный режим его горения. Горение заряда будет вибрационным и/или пульсирующим, в результате чего в полости центрального круглого канала устройства создаются колебания давления.

Благодаря тому, что в заявляемом устройстве было предложено перпендикулярно центральному круглому каналу в теле заряда по его длине дополнительно выполнить ряды поперечных пересекающих под прямым углом друг к другу сквозных каналов, обеспечивается передача в наиболее полном объеме всей возникающей при горении заряда энергии из полости центрального канала через ряды поперечных сквозных каналов во все стороны вглубь обрабатываемого пласта по всей высоте заряда. Кроме того, через указанные поперечные каналы в теле заряда обеспечивается свободный и своевременный выход продуктов горения из полости центрального круглого канала, что предотвращает разрыв тела заряда в течение всего времени его горения.

При этом, было неожиданно установлено, что соотношение длины центрального круглого канала заряда и диаметра указанного канала должно быть выполнено равным (40 120) 1, расстояние между каждыми двумя соседними рядами поперечных сквозных каналов по длине заряда должно быть выполнено равным (20 - 40) 1 длины центрального круглого канала к его диаметру, а диаметр сквозных каналов должен быть выполнен равным 0,25 1,0 диаметра центрального круглого канала. Только при таком предложенном соотношении размеров элементов предлагаемого устройства в совокупности с введением стабилизатора горения не более 0,6 от массы заряда, появилась возможность еще и усилить создаваемые в центральном круглом канале заряда вибрационные и/или пульсирующие колебания давления.

Увеличение расстояния между рядами поперечных сквозных каналов выше указанных пределов приведет к тому, что продукты горения не будут успевать выходить из центрального круглого канала и давление в полости этого канала возрастет до величины, превышающей давление в окружающей среде, в результате чего из-за перепада давлений заряд будет разрываться, не успев сгореть. А уменьшение длины центрального круглого канала не обеспечит создания колебаний давления в полости этого канала из-за сильных краевых эффектов, приводящих к потере энергии через торцы заряда.

Таким образом, благодаря предложенной совокупности существенных признаков, предлагаемое устройство для термогазохимической обработки продуктивного пласта кроме механического, теплового, физико-химического воздействия обеспечивает дополнительно еще и волновое (высокочастотное и/или низкочастотное) воздействие на продуктивный пласт за счет обеспечения вибрационного и/или пульсирующего режимов горения заряда при одновременном повышении эксплуатационной надежности устройства, т. е. исключения разрыва заряда во время его горения.

На фиг. 1 дан общий вид устройства, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А А на фиг. 1; на фиг. 3 зависимости изменения давления в скважине при вибрационном горении заряда; на фиг. 4 колебания давления в диапазоне а в на фиг. 3; на фиг. 5 зависимости изменения давления при пульсирующем режиме горения заряда.

Устройство содержит бескорпусный заряд 1, выполненный в виде сплошной цилиндрической шашки с воспламенителем 2 по торцам и с центральным круглым каналом 3.

Заряд 1 выполнен, например, из неметаллизированного баллиститного пороха, либо может быть выполнен из неметаллизированного смесевого твердого ракетного топлива.

Соотношение длины центрального круглого канала 3 и диаметра указанного канала выполнено равным (40 120) 1. Перпендикулярно центральному каналу 3 в теле заряда 1 дополнительно выполнены ряды пересекающихся под прямым углом друг к другу поперечных сквозных каналов 4 (фиг. 1 и 2), при этом расстояние L между каждым двумя соседними рядами таких каналов 4 по длине заряда 1 выполнено равным (20 40) 1 длины центрального круглого канала 3 к его диаметру, а диаметры поперечных сквозных каналов 4 выполнены равными 0,25 - 1,0 диаметра центрального круглого канала 3. По обоим бокам заряда 1 с наружной стороны на всю его длину выполнены пазы 5.

Содержание наполнителя стабилизатора горения к общей массе заряда 1 не более 0,6
Нижний торец заряда 1 устанавливают на поддон 6, на верхнем торце заряда 1 устанавливают крышку 7 с отверстием в центре. Через поддон 6 и через оба боковых паза 5 заряда 1 пропускают гибкий элемент 8, например тросик. Над верхним торцем заряда 1 оба гибких элемента 8 закрепляют на скобе 9, которая подвешена на нижнем конце кабель-троса 10. Снаружи на заряд 1 надевают втулки-обоймы 11. Электропровод 12 кабель-троса 10 подключают к воспламенителю 2 заряда 1.

Устройство опускают в скважину на кабель-тросе 10 на требуемую глубину в подлежащий обработке интервал продуктивного пласта. В зависимости от мощности интервала, подлежащего обработке, в скважину может быть опущено несколько устройств, соединенных последовательно друг с другом. После установки устройства в заданном интервале скважины на воспламенитель 2 подается электрический ток, и заряд 1 воспламеняется. Заряд 1 начинает гореть по центральному каналу 3 сверху и снизу с дальнейшим вовлечением в процесс горения центральной части заряда 1 по каналу 3 и по боковой поверхности заряда 1. Возникающие в полости центрального канала 3 устройства колебания давления излучаются в окружающую среду через поперечные сквозные каналы 4 заряда 1 и частично через торцевые отверстия заряда 1. Далее колебания энергии передаются из ствола скважины через перфорационные отверстия скважины в обрабатываемый пласт, в результате чего происходят колебательные процессы в самом обрабатываемом пласте, а именно возникают резонансные колебания отдельных частиц и блоков, сопровождающиеся выделением внутренней энергии напряженного состояния пород в виде вторичного акустического излучения. Первичные колебания от устройства в совокупности с этим излучением влияют на физико-химические свойства флюидов, вызывая изменение фильтрационных характеристик и структуры пластовой жидкости за счет частичной дегазации и последующего растворения выделившегося газа, упрощения молекулярной структуры, увеличения диаметра фильтрационных каналов и т. д. Все это в комплексе приводит к образованию микротрещин, снижению степени неоднородности пласта, а также снижению вязкости пластовой нефти.

В зависимости от поставленной задачи и с учетом глубины расположения обрабатываемого пласта в скважине могут быть реализованы следующие режимы горения порохового заряда: 1 вибрационный; 2 пульсирующий; 3 - вибрационный и пульсирующий.

Вибрационный режим горения заряда характеризуется появлением высокочастотных колебаний давления (порядка нескольких килогерц, см. а в на фиг. 3 и 4). Эти колебания имеют амплитуду колебаний, достигающую нескольких мегапаскалей, продолжительность колебаний порядка нескольких секунд.

При пульсирующем режиме горения заряда (фиг. 5) возникают колебания низкой частоты (менее герца), причем почти вся энергия (до 90), выделившаяся при горении заряда, расходуется на эти колебания. Амплитуда колебаний составляет 2 3 МПа, продолжительность колебаний до 150 с.

Выбирая режим горения порохового заряда предлагаемого устройства, можно обеспечить эффективную термогазохимическую обработку продуктивного пласта как вблизи ствола скважины (колебаниями высокой частоты), так и на большом удалении (до сотен метров) вглубь продуктивного пласта (колебаниями низкой частоты).

При этом обеспечивается целостность обсадной колонны и заколонного цементного камня.

Использование: в нефтегазодобывающей промышленности для термогазохимической обработки продуктивного пласта. Сущность: выбирая режим горения порохового заряда предлагаемого устройства, можно обеспечить эффективную термогазохимическую обработку продуктивного пласта как вблизи ствола скважины (колебаниями высокой частоты), так и на большом удалении (до сотен метров) вглубь продуктивного пласта (колебаниями низкой частоты). При этом обеспечивается целостность обсадной колонны и заколонного цементного камня. 5 ил.

Устройство для термогазохимической обработки продуктивного пласта, включающее выполненный в виде сплошной цилиндрической шашки с воспламенителем и центральным круглым каналом бескорпусный заряд из твердотопливного материала, соединенный с кабелем-тросом для спуска в скважину, отличающееся тем, что отношение длины центрального круглого канала заряда к диаметру указанного канала равно (40 120) 1, причем перпендикулярно к центральному круглому каналу в теле заряда по его длине дополнительно выполнены ряды поперечных сквозных каналов диаметром 0,25 1,0 диаметра центрального круглого канала, при этом в каждом ряду поперечные сквозные каналы выполнены пересекающимися под прямым углом друг к другу, причем расстояние по длине заряда между каждыми двумя соседними рядами поперечных сквозных каналов равно отношению (20 40) 1 длины центрального круглого канала к его диаметру, а содержание наполнителя-стабилизатора горения к общей массе заряда выполнено не более 0,6%