СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК E21B43/263 

Изобретение относится к способам возбуждения скважин, а именно - к способу обработки призабойной зоны пласта и устройству для его осуществления.

Наиболее эффективно настоящее изобретение может быть использовано для увеличения производительности нефтяных и газовых скважин с низкими фильтрационно-емкостными свойствами продуктивного пласта.

Кроме того, настоящее изобретение может быть использовано для дегазации угольных пластов, а также для добычи твердых полезных ископаемых методом выщелачивания.

В последние годы весьма актуальной стала проблема увеличения продуктивности месторождений сложного строения с низкопроницаемыми коллекторами. В будущем доля добычи нефти из этих пластов будет существенно увеличена. Однако в настоящее время из-за низких дебитов скважин не удается получить приемлемый уровень рентабельности разработки этих месторождений.

Одним из рациональных и эффективных способов воздействия на прискважинную зону продуктивного пласта с целью установления надежной гидродинамической связи скважины с пластом является разрыв пласта 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.

Механическое воздействие пороховых газов на пласт (трещинообразование) зависит от величины создаваемого в скважине давления, темпа его роста и времени действия избыточного давления.

Тепловое воздействие проявляется в расплавлении твердых парафиновых и асфальто-смолистных отложений горячими пороховыми газами, движущимися с высокой скоростью по перфорационным каналам и трещинам. Образующиеся газы (CO, CO₂, N₂, Cl₂) снижают вязкость и поверхностное натяжение нефти на контактах с горной породой за счет растворения в ней CO, CO₂, N₂ и частично растворяют карбонатные породы, цемент и окислы железа образующейся соляной кислотой.

Горение порохового заряда в скважине, заполненной жидкостью, сопровождается резким повышением давления и температуры. Под воздействием давления пороховых газов жидкость смещается по стволу скважины. Остальная часть газов вместе со скважинной жидкостью под действием давления, равного горному или превышающего его, с высокой скоростью задавливается через перфорационные каналы или естественные трещины в пласт, выполняя роль клина, раздвигающего горную породу. После окончания горения порохового заряда происходит дальнейшее движение жидкости по скважине под действием сил инерции. К моменту окончания подъема жидкости давление в газовом пузыре будет меньше, чем давление столба жидкости, и он начнет движение вниз. Давление в газовом пузыре за счет сжатия газа будет увеличиваться и к моменту полного израсходования энергии столба жидкости превысит гидростатическое. Происходит пульсация газового пузыря с затухающей амплитудой колебаний. За счет пульсации пороховые газы при движении из пласта очищают трещины от продуктов химических реакций и песчано-глинистых частиц.

Устройство для осуществления этого способа содержит пороховые заряды, установленные на опорных трубках. На концах опорных трубок имеются резьбы и проточки, позволяющие с помощью штуцеров соединять трубки между собой с образованием герметичной полости. В устройство входит система воспламенения зарядов, установленная в герметичной полости и включающая в себя пусковые воспламенители и пиропатрон, установленный в верхнем участке полости.

Устройство работает следующим образом.

При подаче электрического импульса от взрывной машинки на пиропатрон последний срабатывает и практически одновременно поджигает пусковые воспламенители, расположенные в герметичной полости. Образующиеся продукты сгорания пусковых воспламенителей прожигают стенки трубок и воспламеняют пороховые заряды по поверхности, находящейся в контакте с трубками.

Существенным недостатком известного способа и устройства для его осуществления является то, что при работе последнего создается одиночный импульс давления, не позволяющий создать в продуктивном пласте трещины большой протяженности. Для увеличения длины трещин необходимо либо увеличивать время воздействия избыточного давления, либо увеличивать амплитуду давления.

Однако чрезмерно высокое избыточное давление может привести к разрушению обсадной колонны и к нарушению сцепления цементного камня с колонной.

Для увеличения длительности импульса избыточного давления необходимо увеличивать наружный диаметр заряда, что ограничено диаметром обсадной колонны.

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа обработки призабойной зоны пласта и устройства для его осуществления, которые обеспечивали бы увеличение времени воздействия избыточного давления на пласт при сохранении целостности обсадной колонны и качества сцепления с ней цементного камня.

Поставленная задача решается тем, что в способе обработки призабойной зоны пласта, включающем создание избыточного давления в скважине путем воздействия на пласт газообразными продуктами горения порохового заряда, создание избыточного давления в скважине осуществляют по меньшей мере двумя последовательными импульсами давления с амплитудой и длительностью первого импульса, достаточными для раскрытия естественных трещин и создания микротрещин, и амплитудой и длительностью второго импульса, по меньшей мере, равными амплитуде и длительности первого импульса и достаточными для развития этих трещин и микротрещин, при этом второй импульс давления создают при значениях давления от первого импульса, равных 0,5 горного давления.

Предлагаемый способ позволяет существенно увеличить время воздействия избыточного давления на призабойную зону пласта.

При воздействии первым импульсом давления происходят создание в пласте микротрещин и расширение естественных трещин. В этом положении пласт как бы аккумулирует энергию, и осадочная порода находится в критическом положении. Последующие импульсные воздействия давления приводят к более значительному процессу трещинообразования, тем самым увеличиваются коэффициент продуктивности и нефтеотдача пласта.

Поставленная задача решается также и тем, что в устройстве для обработки призабойной зоны пласта, содержащем пороховые заряды, установленные на опорных трубках, соединенных между собой с образованием герметичной полости, и систему воспламенения зарядов, установленную в этой полости и включающую в себя пусковые воспламенители и пиропатрон, герметичная полость разделена перегородками из пиротехнического состава на несколько секций, каждая из которых содержит по меньшей мере один заряд и пусковой воспламенитель, при этом поперечные перегородки выполнены с возможностью задержки воспламенения пороховых зарядов в секциях.

Установка перегородок в герметичной полости позволяет осуществить ступенчатое возгорание пусковых воспламенителей в секциях, что, в свою очередь, существенно увеличивает время сгорания пороховых зарядов, устройства и, как следствие, существенно увеличивает время воздействия избыточного давления на продуктивный пласт. Это приводит к появлению в пласте микротрещин и расширению естественных трещин, что, в свою очередь, приводит к увеличению коэффициента продуктивности и нефтеотдачи пласта.

Фиг. 1 изображает принципиальную схему устройства согласно изобретению (продольный разрез); фиг. 2 - узел А на фиг. 1; на фиг. 3 - график изменения давления в скважине во времени при горении порохового заряда.

Способ обработки призабойной зоны пласта заключается в том, что в скважине создают избыточное давление путем воздействия на пласт газообразными продуктами горения порохового заряда, предварительно помещаемого в скважину.

Создание избыточного давления осуществляют по меньшей мере двумя импульсами давления. Амплитуду и длительность первого импульса выбирают достаточными для расширения естественных и появления новых микротрещин в пласте. Амплитуду и длительность второго импульса выбирают по меньшей мере равными амплитуде и длительности первого импульса для развития этих микротрещин. Второй импульс давления создают при значениях давления от первого импульса равных 0,5 горного давления.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит пороховые заряды 1 (фиг.1, 2), установленные на опорных трубках 2, например, из алюминиевого сплава. Трубки 2 с помощью штуцеров 3 соединены между собой с образованием герметичной полости 4. Наружная поверхность зарядов 1 имеет покрытие 5 из гидроизоляционного материала, например ткани, пропитанной составом на основе эпоксидной смолы.

В устройство входит также система воспламенения зарядов 1, установленная в полости 4 и включающая в себя поперечные перегородки 6 из пиротехнического состава, разделяющие полость 4 на несколько секций 7. В каждой секции 7 установлен по меньшей мере один пусковой пиротехнический воспламенитель 8, при этом каждая секция 7 содержит по меньшей мере один заряд 1. Таким образом, каждая секция 7 имеет автономный огневой канал. В верхней секции 7 расположена кабельная головка 9 с пиропатроном 10. В нижней секции 7 установлена заглушка 11.

Монтаж предлагаемого устройства осуществляют непосредственно вблизи устья скважины. Количество пороховых зарядов 1 в секции 7 и количество секций 7 выбирают исходя из геолого-технических условий осваиваемой скважины и рассчитывают по специальной программе на компьютере. В каждую трубку 2 устанавливают воспламенители 8, затем трубки 2 с зарядами 1 свинчивают с помощью штуцеров 3, образуя секцию 7. Секции 7 соединяют между собой перегородками 6. В верхнюю секцию 7 устанавливают кабельную головку 9, а в нижнюю - заглушку 11. Затем к головке 9 подсоединяют геофизический кабель 12.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

После спуска устройства в скважину и установки его на заданной глубине от взрывной машинки (не показана) по геофизическому кабелю 12 подают электрический ток к пиропатрону 10. Пиропатрон 10 срабатывает, и происходит последовательное воспламенение воспламенителей 8.

Продукты сгорания каждого воспламенителя 8 прогревают опорную трубку 2 и поджигают пороховой заряд 1. Продолжительность периода воспламенения заряда 1 составляет тысячные доли секунды.

После сгорания перегородки 6 между первой (верхней) и соседней (второй) секциями 7 воспламеняются воспламенители 8 второй секции 7, которые, в свою очередь, воспламеняют заряды 1 этой секции 7. Далее процесс повторяется до полного сгорания всех зарядов 1 устройства.

Время задержки воспламенения следующих секций 7 зависит от состава перегородки 6. Интервалы между импульсами давления выбирают из следующих условий.

При горении первой секции 7 создается начальное напряженное состояние породы - раскрытие естественных трещин и создание микротрещин. Давление, создаваемое в скважине, зависит от количества газа, образующихся при сгорании заряда 1 в единицу времени, а время нарастания давления зависит от массы зарядов 1 в секции 7 и от их конфигурации.

Время горения первой секции 7 (т.е. продолжительность первого импульса давления) выбирают таким образом, чтобы после окончания горения этой секции 7 воспламенялась следующая.

После сгорания первой секции 7 давление в скважине падает и в период от окончания горения первой секции 7 до значения давления, равного 0,5 горного давления, воспламеняются воспламенители 8 соседней секции 7.

Пример. Для интенсификации притока нефти на скважине были проведены работы с использованием предлагаемого устройства.

Характеристика скважины:
1. Диаметр обсадной колонны - 146 мм;
2. Искусственный забой - 1631 м;
3. Интервал перфорации - 1607-1610; 1612-1618 м;
4. Температура - 80^oC;
5. Коэффициент продуктивности - 0,13 м³/сут•атм.

Характеристика устройства:
1. Количество зарядов в первой секции - 5 шт.;
2. Количество зарядов во второй секции - 5 шт.;
3. Интервал между началом горения первой и второй секции - 0,7 с.

На фиг. 3 представлен график изменения давления P в скважине во времени T. В результате проведенных работ коэффициент продуктивности пласта вырос в 2,9 раза и стал равен 0,374 м³/сут•атм.

Использование: при возбуждении скважин и, конкретно, при отработке призабойной зоны пласта. Обеспечивает увеличение времени воздействия избыточного давления на пласт при сохранения обсадной колонны и цементного камня за ней. Сущность изобретения: создают избыточное давление в скважине путем импульсного воздействия на пласт газообразными продуктами горения порохового заряда. Параметры первого импульса выбирают достаточными для раскрытия естественных трещин и создания микротрещин. Параметры последующих импульсов выбирают по меньшей мере равными параметрам первого импульса. Второй импульс давления создают при значениях давлений от первого импульса, равных 0,5 горного давления. Устройство для осуществления способа содержит пороховые заряды. Они установлены на трубках и соединены между собой с образованием герметичной полости. Полость разделена перегородками из пиротехнического состава на несколько секций. Каждая из секций содержит по меньшей мере один заряд и пусковой воспламенитель. Поперечные перегородки выполнены с возможностью задержки воспламенения пороховых зарядов в секциях. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ обработки призабойной зоны пласта, включающий создание избыточного давления в скважине путем воздействия на пласт газообразными продуктами горения порохового заряда, отличающийся тем, что создание избыточного давления в скважине осуществляют по меньшей мере двумя последовательными импульсами давления с амплитудой и длительностью первого импульса, достаточными для раскрытия естественных трещин и создания микротрещин, и амплитудой и длительностью второго импульса, по меньшей мере равными амплитуде и длительности первого импульса и достаточными для развития этих трещин и микротрещин, при этом второй импульс давления создают при значениях давления в скважине от первого импульса, равных 0,5 горного давления. 2. Устройство для обработки призабойной зоны пласта, содержащее пороховые заряды, установленные на опорных трубках, соединенных между собой с образованием герметичной полости, и систему воспламенения зарядов, установленную в этой полости и включающую в себя пусковые воспламенители и пиропатрон, отличающееся тем, что герметичная полость разделена поперечными перегородками из пиротехнического состава на несколько секций, каждая из которых содержит по меньшей мере один заряд и пусковой воспламенитель, при этом поперечные перегородки выполнены с возможностью задержки воспламенения пороховых зарядов в секциях.