УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ СКВАЖИНЫ Российский патент 1997 года по МПК E21B43/25 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к устройствам для повышения производительности скважин путем обработки призабойной зоны.

Известно устройство для обработки призабойной зоны скважин методом имплозии (Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. М. Недра, 1990, с. 35-36).

Устройство представляет герметичную камеру из металлического корпуса, заполненного воздухом под атмосферным давлением. В нижней части корпус закрывается мембраной, закрепляемой с помощью приемной камеры-ниппеля. Верхний торец корпуса имплозионной камеры герметизирован заглушкой-переходником, позволяющим также произвести спуск устройства в скважину на насосно-компрессорных трубах. Устройство устанавливается нижней частью напротив обрабатываемого пласта. Затем путем закачки в скважину продавочной жидкости из агрегата на устье создают давление, разрушающее мембрану. Скважинная жидкость мгновенно устремляется вовнутрь воздушной (имплозионной) камеры с атмосферным давлением, создавая имплозию (депрессию) в забое. Это приводит к интенсивному движению жидкости из пласта в скважину, способствуя очистке призабойной зоны пласта от загрязнений отложений парафина, смол, твердых частиц и т.д. С другой стороны, после создания имплозиции, столб скважинной жидкости падает к забою, и образуется гидравлический удар, который способствует расширению имеющихся и образованию новых трещин в призабойной зоне пласта и, в конечном итоге, повышению ее коллекторских свойств.

Недостатком работы устройства является трудность выноса в процессе имплозии закупоривающих поры пласта отложений парафина, смол и асфальтенов, имеющих высокую вязкость и адгезию к поверхности пор породы, что приводит к недостаточному очищению пор пласта в призабойной зоне от загрязнений. Кроме того, при работе с устройством возникают трудности, снижающие производительность работ, связанные с необходимостью дополнительного привлечения к работе с устройством продавочного агрегата на устье скважины для создания в забое скважины избыточного давления разрыва мембраны.

Наиболее близким к изобретению является имплозионное устройство, включающее герметичную воздушную камеру под атмосферным давлением, диафрагму с взрывным патроном и приемную камеру (Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник под ред. Фридляндера Л.Я. М. Недра, 1990, с. 181-184).

Устройство спускается в скважину с помощью кабеля-троса и устанавливается в интервале обработки пласта. После подачи через кабель-трос электрического импульса срабатывает взрывной патрон, разрушающий диафрагму, которая отделяет воздушную (имплозионную) камеру от приемной. В результате создается поток жидкости из пласта в скважину с достижением эффекта обработки призабойной зоны, аналогичного описанному ранее эффекту работы предыдущего устройства.

Преимуществом устройства-прототипа является то, что разрушение диафрагмы с использованием в самом устройстве взрывного патрона позволяет устранить дополнительную операцию по созданию избыточного давления с помощью продавочного агрегата на устье скважины для разрушения диафрагмы.

К недостаткам устройства относится то, что при его работе не устраняется трудность выноса в процессе имплозии отложений в порах пласта типа парафина, смол и асфальтена, имеющих высокую вязкость и адгезию к поверхности пор породы, что не обеспечивает полноты очищения пор в призабойной зоне пласта от загрязнений. Кроме того, недостатком устройства является также то, что при эксплуатации его создается повышенная опасность, связанная с использованием для разрушения диафрагмы в устройстве взрывчатого вещества в патроне из-за его чувствительности к взрыву при механических воздействиях.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, улучшение коллекторных характеристик призабойной зоны пласта за счет увеличения полноты выноса закупоривающих поры пласта флюидов, а также повышение безопасности эксплуатации устройства.

Это достигается тем, что в известном имплозионном устройстве, включающем герметичную воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму и приемную камеру, в полости приемной камеры размещен сгораемый твердый композиционный материал, состоящий из двух частей. Первая часть, обращенная к воздушной камере, сформирована из прочной и с малогазовым выделением при сгорании композиции, имеющей со стороны, обращенной к второй части, полость, заполненную смесью композиций первой и второй частей. Последняя снаряжена материалом из газогенерирующей при сгорании композиции, на участке расположения которой по боковой поверхности корпуса приемной камеры выполнены предварительно загерметизированные отверстия.

На чертеже изображен общий вид предлагаемого устройства в виде разреза.

Устройство имеет подсоединенную к кабельной головке 1 герметичную воздушную камеру 2, заканчивающуюся приемной камерой 3. В последней размещается сгораемый твердый композиционный материал, состоящий из двух частей. Первая часть материала 4, обращенная к воздушной камере, сформирована из прочной и с малогазовым выделением при сгорании композиции, имеющей со стороны, обращенной к второй части полость 5, заполненную смесью композиции первой и второй частей. Корпус приемной камеры имеет предварительно загерметизированные отверстия 6, расположенные по боковой поверхности этой камеры на участке расположения второй части сгораемого композиционного материала из газогенерирующей композиции 7. На нижнем торце сгораемого композиционного материала располагается воспламенитель 8.

Устройство работает следующим образом. Герметичная воздушная (имплозионная) камера, имеющая приемную камеру, снаряженную сгораемым твердым композиционным материалом, спускается на кабель-тросе в забой скважины таким образом, чтобы приемная камера устанавливалась напротив интервала обрабатываемого пласта.

С устья скважины через кабель-трос подается электрический импульс на воспламенитель газогенерирующей композиции (вторая часть) сгораемого материала, который, послойно сгорая, образует газообразные продукты и давление, раскрывающие боковые отверстия приемной камеры. Нагретые газы, выходя через перфорационные отверстия, создают в области интервала обработки повышенное давление и проникают в поры и трещины призабойной зоны, расплавляя находящиеся в них загрязнения в виде парафино- и асфальтеносмолистых отложений. Газогенерирующая композиция в конце сгорания воспламеняет прочную, с малогазовым выделением при сгорании композицию (первая часть), а также расположенную в ее полости смесь композиции первой и второй частей сгораемого материала. Благодаря наличию полости и смеси композиции в ней обеспечивается надежность воспламенения, более полного и одновременного за счет увеличения поверхности сгорания композиции первой части материала, что в конечном итоге соответственно приводит к более полному и одновременному раскрытию по сечению приемной и воздушной (имплозионной) камер. К моменту раскрытия воздушной (имплозионной) камеры за счет сгорания прочной малогазовой (при сгорании) композиции материала (первая часть), газообразные продукты, образованные при сгорании второй части материала, вытесняются из приемной камеры через боковые отверстия скважинной жидкостью, заполняющей эту камеру через ее нижний открытый торец. После раскрытия воздушной (имплозионной) камеры в нее устремляется практически только поток скважинной жидкости, т.к. выполняющая роль прочной заглушки композиция (первая часть) выполнена из малогазового при сгорании материала, либо наличие дополнительных газов в передней части потока жидкости, постепенно сжимаясь, будет препятствовать движению восходящего потока этой жидкости и созданию гидравлического удара, т.е. снижать эффективность работы имплозионной камеры (Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. М. Недра, 1990, с.77).

За счет потока жидкости из скважины в воздушную камеру в забое создается резкое снижение давление (имплозия), приводящее к тому, что загрязнения в виде парафино- и асфальтеносмолистых отложений, предварительно расплавленных, снизив тем самым вязкость и адгезию к поверхности пор пласта, более полно выносятся из призабойной зоны скважин.

На основе анализа литературы и опытной проверки в качестве прочной и с малогазовым выделением при сгорании композиции (первая часть сгораемого композиционного материала) в устройстве предлагается состав на основе железоалюминиевого термита следующей рецептуры, мас. термит железоалюминиевый марки Т-СВ-2 ТУМТ-144-62 62; азотнокислый барий ГОСТ 3771-65 30; алюминий марки АСД-1 ГОСТ 6058-73 3; эпоксидная смола марки ЭД-20 ГОСТ 10587-84 с отвердителем ПЭПА СТУ-49-2529-62 в соотношении 10:1 5.

При сгорании этого состава в основном выделяются твердые продукты и лишь в незначительном количестве газообразные продукты, что обеспечивает более эффективный поток жидкости в имплозионную камеру после сгорания указанного состава композиции, играющей главным образом роль диафрагмы-заглушки. Поэтому эта композиция, кроме способности к сгоранию и таким образом к раскрытию воздушной камеры, должна обладать необходимой прочностью, способной выдержать перепад давления между атмосферным давлением в воздушной камере и забойным давлением в скважине. Железоалюминиевый термит в композиции в прессованном виде является основным компонентом, придающим ей прочность. Однако термит в прессованном виде трудно воспламеняется, поэтому в составе композиции азотнокислый барий является окислителем, повышающим воспламеняемость термита. Мелкодисперсный алюминий марки АСД-1 является горючей добавкой, вызывающей наиболее активную реакцию разложения азотнокислого бария. Эпоксидная смола с отвердителем является горючим цементатором, придающую составу прессуемость и после отверждения общую прочную структуру. Прочная композиция состава достигается при указанном выше соотношении компонентов и при формировании ее с плотностью 2,40 г/см³ с прочностью на сдвиг, равной 60 кг/см². С другой стороны, эта композиция при указанных характеристиках способна к процессу сгорания, а при соответствующих условиях к надежному воспламенению.

В качестве газогенерирующей при сгорании композиции (вторая часть сгораемого композиционного материала) в устройстве предлагается состав на основе гранулированной аммиачной селитры и эпоксидной смолы при следующих соотношениях компонентов,мас. аммиачная селитра гранулированная марки Б, ГОСТ-2-85 72; бихромат калия технический ГОСТ 2652-78 5; эпоксидная смола марки ЭД-20 с отвердителем ПЭПА в соотношении 10:1 23.

При сгорании этого состава выделяются практически только газообразные продукты, об. СО₂ 24,0; СО 15,6; Н₂0 12,1; Н₂ 9,9; N₂ 37,4, обеспечивающие раскрытие предварительно загерметизированных боковых отверстий приемной камеры, а также создание давления в интервале обработки для возможности проникновения нагретых газов в поры и трещины призабойной зоны. Наличие в нагретых газах при сгорании этого состава твердых частиц продуктов сгорания нецелесообразно из-за возможности закупорки ими пор и трещин пласта. Поэтому соотношение между окислителем и горючим в составе выполнено таким, чтобы в процессе его горения выделялись только газообразные продукты.

Для состава газогенерирующей при сгорании композиции определены основные термодинамические и взрывчатые характеристик, представленные в таблице.

По показателям характеристик, представленных в таблице, состав газогенерирующей при сгорании композиции по классификации опасных грузов относится к классификационному шифру 9133 по ГОСТ 19433-88, т.е. к материалам, не способным к взрывчатому превращению, но пожароопасным. Первая часть сгорающего материала, изготовленная из прочной, с малогазовым выделением при сгорании композиции на основе железоалюминиевого термита, обладает низкой воспламеняемостью. Для обеспечения надежности воспламенения в ней выполнена осесимметричная полость, заполненная смесью композиций первой и второй частей, взятых в массовом соотношении 60:40. Из предварительных опытов найдено, что эта смесь надежно воспламеняется от газообразных продуктов сгорания второй части сгорающего материала и, в свою очередь, надежно воспламеняет и из-за расположения ее в осесимметричной полости сопровождает далее процесс сгорания первой части сгорающего материала. Кроме того, наличие осесимметричной полости сокращает время сгорания предварительно играющей роль диафрагмы-заглушки первой части сгорающего материала, способствуя более одновременному и полному раскрытию воздушной камеры устройства. Наличие полости не снижает прочности первой части сгорающего материала, если ее диаметр не превосходит расстояния между дном этой полости и торцом диафрагмы-заглушки, обращенным к воздушной камере.

Размещаемый в полости приемной камеры сгораемый твердый композиционный материал, таким образом, одновременно выполняет в устройстве следующие взаимосвязанные функции:
диафрагмы-заглушки, сохраняющей прочность и герметичность при перепаде давления между атмосферным давлением в воздушной камере и давлением жидкости в скважине при операции спуска и установки устройства в интервал обработки призабойной зоны;
генератора температуры и газов, образуемых при сгорании твердого композиционного материала;
раскрытия диафрагмы-заглушки, осуществляемого путем сгорания твердого композиционного материала с целью срабатывания воздушной (имплозионной) камеры.

Указанный комплекс функций сгораемого твердого композиционного материала в предлагаемом устройстве позволяет повысить эффективность обработки призабойной зоны за счет совмещения в одном устройстве без снижения его производительности двух операций: предварительной термогазовой обработки с целью расплавления, снижения вязкости и адгезии к поверхности пор пласта загрязнений типа парафино-смолистых и асфальтеновых отложений. Это в свою очередь способствует повышению эффективности следующей за ней операции имплозионной обработки за счет более полного выноса из пор породы предварительно расплавленных парафино-смолистых и асфальтеновых загрязнений, а также других твердых механических частиц. Использование предлагаемого устройства, кроме того, повышает безопасность проведения работ за счет использования невзрывчатых материалов и средств срабатывания устройства.

Совмещение в одном устройстве термогазовой обработки с использованием сгораемого твердого композиционного материала и имплозионной обработки с использованием воздушной камеры позволяет по сравнению с их раздельным использованием сократить сроки освоения скважины, снизить затраты и повысить производительность работ.

Работоспособность и полезность предлагаемого устройства подтверждены опытно-промысловыми испытаниями их опытных образцов на скважинах НГДУ "Альметьевскнефть" и НГДУ "Лениногорскнефть" АО "Татнефть", выполненные бригадой фирмы "Силен" АОЗТ "Вест-Петролеум".

Опытные образцы предлагаемого устройства для обработки призабойной зоны скважины состояли из воздушной (имплозионной) камеры, выполненные из бурильной трубы диаметром 73 мм и длиной 11,5 м, а также присоединенной к ней приемной камеры из 2,5 трубы НКТ длиной 1,2 м. Приемная камера с внутренним диаметром 60 мм снаряжена сгораемым твердым композиционным материалом, состоящим из двух частей прочной сгораемой композицией на основе железоалюминиевого термита, выполняющей функции диафрагмы-заглушки плотностью 2,42 г/см³ и высотой 50 мм, и газогенерирующей при сгорании композиции на основе гранулированной аммиачной селитры и эпоксидной смолы плотностью 1,48 г/см³, высотой 900 мм и весом 5 кг. В композиции первой части сгораемого материала предусмотрена осесимметричная полость диаметром 20 мм и высотой 30 мм, обращенная к второй части сгораемого материала и снаряженная смесью композиций первой и второй частей сгораемого материала в соотношении 60:40. На участке расположения второй части сгораемого материала по боковой поверхности корпуса приемной камеры выполнены предварительно загерметизированные эпоксидным клеем отверстия диаметром 9 мм в четыре ряда в диаметрально противоположных направлениях, с шагом между отверстиями, равным 30 мм. Воспламенитель второй части сгораемого материала состоит из нихромовой спирали диаметром проволоки 0,1-0,15 мм, длиной 80-100 мм. Открытый торец второй части сгораемого материала покрыт герметизирующим слоем эпоксидного клея толщиной 2 мм и слоем герметика на основе тиокола толщиной 15 мм.

Использование: для повышения производительности скважин путем обработки призабойной зоны. Сущность изобретения: устройство для обработки призабойной зоны скважин содержит герметичную воздушную камеру, диафрагму и приемную камеру. В приемной камере размещен твердый сгораемый композиционный материал, состоящий из двух частей. Первая часть обращена к воздушной камере и сформирована из прочной с малогазовым выделением при сгорании композиции. Вторая часть сформирована из газогенерирующей при сгорании композиции. В первой части со стороны, обращенной к второй части, выполнена осесимметричная полость, заполненная смесью первой и второй частей. На участке расположения второй части сгораемого материала по боковой поверхности корпуса приемной камеры выполнены загерметизированные отверстия. Первая и вторая части композиционного материала имеют определенный состав, а смесь первой и второй частей взята в определенном массовом соотношении. 3 з.п.ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Устройство для обработки призабойной зоны скважин, включающее герметичную воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму и приемную камеру, отличающееся тем, что в полости приемной камеры размещен сгораемый твердый композиционный материал, состоящий из двух частей, причем первая часть обращена к воздушной камере и сформирована из прочной с малогазовым выделением при сгорании композиции, вторая часть сформирована из газогенерирующей при сгорании композиции, при этом в первой части со стороны, которая обращена к второй части, выполнена осесимметричная полость, заполненная смесью первой и второй частей, а на участке расположения второй части сгораемого материала по боковой поверхности корпуса приемной камеры выполнены загерметизированные отверстия. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве прочной с малогазовым выделением при сгорании композиции, представляющей первую часть сгораемого композиционного материала, использован состав на основе железоалюминиевого термита при следующих соотношениях компонентов, мас.

Железоалюминиевый термит марки Т-СВ-2 ТУ МТ-144-62 62
Азотнокислый барий ГОСТ 3771-65 30
Алюминий марки АСД-1 ГОСТ 6058-73 3
Эпоксидная смола марки ЭД-20 ГОСТ 10587 с отвердителем полиэтиленполиамином (ПЭПА) СТУ-49-2529-62 в соотношении 10 1 5
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве газогенерирующей при сгорании композиции, представляющей вторую часть сгораемого композиционного материала, использован состав на основе гранулированной аммиачной селитры и эпоксидной смолы при следующих соотношениях компонентов, мас.

Гранулированная аммиачная селитра марки Б ГОСТ 2-85 72
Бихромат калия ГОСТ 2562-78 5
Эпоксидная смола ЭД-20 с отвердителем ПЭПА в соотношении 10 1 23
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что смесь композиций первой и второй частей сгораемого композиционного материала, заполняющая полость в первой части композиции, взята в массовом соотношении 60 40.