СПОСОБ ЗАКАНЧИВАНИЯ СКВАЖИНЫ Российский патент 1998 года по МПК E21B43/117 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для вскрытия продуктивных пластов в нефтяных и газовых скважинах путем создания перфорационных каналов и разрыва пласта в прискважинной зоне.

При вскрытии продуктивных пластов в нефтяных и газовых скважинах существует проблема увеличения площади поверхности фильтрации и повышения или сохранения на естественном уровне проницаемости пласта в зоне перфорационных каналов.

Известен способ заканчивания скважин, заключающийся в выполнении перфорационных отверстий с помощью кумулятивных зарядов в обсадной колонне, цементном камне и окружающем продуктивном пласте, причем кумулятивные заряды устанавливаются в обсадной колонне скважины до ее перфорирования (Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник под ред. Л.Я. Фридляндера, М., Недра, 1990). Формирование перфорационных каналов происходит в результате воздействия на стенки скважины и околоскважинную зону пласта кумулятивной струи, возникающей в результате взрыва заряда бризантного ВВ.

При внедрении в продуктивный пласт кумулятивная струя сначала преодолевает примыкающую непосредственно к цементному кольцу зону кольматации (зону загрязнения пласта бурильным и цементным растворами), проницаемость которой существенно понижена по сравнению с естественным уровнем. Это приводит к тому, что эффективно действующей фильтрационной поверхностью является поверхность концевой (наиболее удаленной) части перфорационного канала.

Прирост площади поверхности фильтрации при этом достигается путем повышения пробивной способности кумулятивных зарядов, что, в свою очередь, при прочих равных условиях требует увеличения массы ВВ. При этом возрастает вероятность разрушения обсадной колонны и цементного кольца, что может повлечь за собой снижение продуктивности и даже выход скважины из строя. Другим недостатком этого способа является уплотнение стенок образующихся каналов, что, в свою очередь, снижает их проницаемость и приток флюида. Для восстановления естественной проницаемости в зоне перфорационных каналов требуется проведение дополнительных мероприятий по воздействию на пласт.

Другой известный способ описан в патенте США N 4673039, МКИ E 21 B 43/263.

Способ заключается в бурении скважины, установке в нее обсадной колонны, цементировании пространства между обсадной колонной и стенкой скважины. После затвердевания цемента скважину заполняют жидкостью, выполняют в обсадной колонне перфорационные отверстия и устанавливают в ней газогенерирующий заряд из твердого топлива с последующим его инициированием. При сгорании заряда твердого топлива образуются газообразные продукты, которые выжимают скважинную жидкость через перфорационные отверстия, вызывая разрыв (растрескивание) пласта в околоскважинной зоне. Возникающие трещины увеличиваются под действием давления выжимаемой в них жидкости и продолжают расти в глубь пласта в течение всего времени приложения импульса давления. В результате этого процесса значительно возрастает площадь поверхности фильтрации перфорационных каналов.

Недостатками этого способа являются приложение давления через скважинную жидкость, загрязняющую формируемую поверхность фильтрации и снижающую ее проницаемость по сравнению с естественным уровнем, и применение раздельных технологий выполнения перфорационных отверстий и создания трещин.

Указанные недостатки частично устранены в способе, описанном в источнике Бойдаченко В.Н. и др. Геофизические и прострелочно-взрывные работы в геологоразведочных скважинах, М., Недра, 1976, с.231-233 и выбранном за прототип предлагаемого решения.

Способ заключается в установке в обсадную колонну скважины кумулятивных зарядов и одновременно с ними пороховых зарядов с последующим их инициированием.

Кумулятивные заряды инициируются электродетонатором, пороховые заряды инициируются электрозапалом и воспламенительным зарядом. Сначала срабатывают кумулятивные заряды и выполняют в обсадной колонне перфорационные отверстия, а затем поджигаются пороховые заряды. При сгорании пороховых зарядов образуются газообразные продукты, которые выжимают скважинную жидкость через перфорационные отверстия, вызывая образование сетки трещин в пласте. В результате этого процесса происходит значительный прирост площади поверхности фильтрации перфорационных каналов.

Недостатками прототипа являются приложение давления через скважинную жидкость, загрязняющую формируемую поверхность фильтрации и снижающую ее проницаемость по сравнению с естественным уровнем, и разнесенное в пространстве относительно друг друга размещение кумулятивных и пороховых зарядов.

Техническая задача, решаемая заявляемым способом, заключается в повышении продуктивности нефтяных и газовых скважин при одновременном обеспечении их сохранности и снижении затрат времени на заканчивание скважин. Конкретный технический результат, достигаемый при этом:
- значительный прирост площади поверхности фильтрации перфорационных каналов за счет увеличения размеров канала и обширного трещинообразования в прискважинной зоне продуктивного пласта;
- сохранение проницаемости поверхности фильтрации на естественном уровне или увеличение ее выше этого уровня;
- снижение затрат на заканчивание скважин за счет выполнения всех основных операций за один прием и уменьшения размеров спускаемого в скважину устройства до двух раз.

Для решения поставленной задачи в известном способе заканчивания скважины, включающем установку в обсадную колонну кумулятивного заряда и одновременно с ним газогенерирующего заряда из твердого топлива с последующим их инициированием, выполнение перфорационного канала в обсадной колонне и окружающем продуктивном пласте и прирост площади его поверхности фильтрации, согласно изобретению инициирование газогенерирующего заряда осуществляют кумулятивным зарядом, при этом прирост площади поверхности фильтрации продуктивного пласта осуществляют путем перемещения в перфорационный канал газа, образующегося при сгорании газогенерирующего заряда. Инициирование газогенерирующего заряда осуществляют по крайней мере по одной из его поверхностей: по торцевой, расположенной перпендикулярно направлению кумулятивной струи, по наружной боковой поверхности, по внутренней поверхности вдоль оси заряда. Вместе с образовавшимся газом в перфорационный канал перемещают по крайней мере один или в разных сочетаниях: часть газогенерирующего заряда из твердого топлива, химический реагент, расклинивающие элементы.

Инициирование газогенерирующего заряда кумулятивным зарядом позволяет совместить во времени и в пространстве несколько технологических операций:
- пробивание перфорационного отверстия в обсадной колонне, цементном камне и продуктивном пласте;
- газоэрозионную прочистку формируемого канала с уносом поверхностного уплотненного кумулятивной струей слоя с его стенок;
- разрыв продуктивного пласта в зоне перфорационного канала с обширным трещинообразованием;
- закрепление образовавшихся трещин в раскрытом виде расклинивающими элементами;
- введение в перфорационный канал и в зону разрыва пласта химических реагентов, повышающих проницаемость поверхности фильтрации и/или слагающих пород.

При этом формирование канала происходит в два этапа. Сначала с помощью кумулятивной струи получают обычный перфорационный канал, а затем происходит его увеличение и растрескивание стенок в результате газоэрозионного и компрессионного воздействия струи продуктов горения твердого топлива. Это значительно увеличивает объем (в 3-4 раза) перфорационного канала и, следовательно, площадь его стенок. Кроме того, дополнительный существенный прирост площади поверхности фильтрации происходит в результате интенсивного трещинообразования в стенках канала и прискважинной зоне пласта.

Инициирование газогенерирующего заряда кумулятивным зарядом позволяет соединить кумулятивную струю и газ, образующийся при сгорании газогенерирующего заряда, в единый поток, что позволяет избежать контакта формируемой поверхности фильтрации со скважинной жидкостью, способной существенно понизить ее проницаемость, на всех стадиях вторичного вскрытия продуктивного пласта вплоть до момента начала извлечения флюида в случае, когда давление в скважине не превышает пластового давления (режим депрессии). Таким образом, проницаемость формируемой поверхности фильтрации сохраняется на уровне, близком к естественному.

При вбрасывании в перфорационный канал несгоревшего твердого топлива его горение происходит в ограниченном объеме, и на завершающей стадии процесса имеет место истечение продуктов сгорания назад в скважину, что способствует более интенсивной газовой эрозии и повышению давления в канале, особенно в периферийной зоне трещинообразования, по сравнению со случаем, когда в перфорационный канал вбрасываются газы. Это существенно влияет на рост трещинообразования. При применении расклинивающих элементов последние глубоко проталкиваются в образующиеся трещины и препятствуют их смыканию после падения давления, что увеличивает продолжительность существования обширной поверхности фильтрации. Если газогенерирующий заряд содержит в своем составе химический реагент, повышающий проницаемость поверхности фильтрации и/или слагающих пород в зоне перфорации, последний эффективно вводится в перфорационную зону пласта и способствует повышению притока флюида путем физико-химического воздействия на стенки канала и образовавшихся трещин. Различные варианты инициирования газогенерирующего заряда (как применяемый каждый отдельно, так и в разных сочетаниях) способствуют образованию высокоскоростного потока газов, направленного вдоль оси кумулятивного заряда в пробитый перфорационный канал. Инициирование газогенерирующего заряда по наружной боковой поверхности к тому же предотвращает боковой разлет продуктов сгорания. Инициирование по внутренней поверхности вдоль оси заряда обеспечивает прогрессивный рост зоны горения и, следовательно, прогрессивный закон газовыделения.

На чертеже приведен вариант устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит заряд 1 бризантного ВВ с кумулятивной облицованной металлом 2 выемкой, оболочку 3, средство инициирования 4 и газогенерирующий заряд 5 из твердого топлива. Заряд 5 выполнен с отверстием 6 по оси для формирования и прохождения кумулятивной струи. Заряд 5 расположен непосредственно у основания кумулятивного заряда и воспламеняется в результате воздействия продуктов детонации бризантного ВВ. Устройство установлено в обсадную колонну 7 с цементным кольцом 8.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В обсадную колонну 7 с цементным кольцом 8 устанавливают кумулятивный заряд 1 и газогенерирующий заряд 5 из твердого топлива, например пороха. Производят инициирование кумулятивного заряда. При срабатывании заряда ВВ происходит формирование перфорационного канала кумулятивной струей. В результате воздействия продуктов взрыва заряда ВВ 1 происходит воспламенение газогенерирующего заряда 5, и образовавшиеся газы вместе с неуспевшей сгореть частью газогенерирующего заряда выбрасываются в канал, сформированный ударом кумулятивной струи. Массивная оболочка 3 при этом способствует направленному выбрасыванию вещества газогенерирующего заряда 5, создавая инертный (и частично прочностной) подпор для продуктов взрыва и горения. В результате термического, газоэрозионного и компрессионного воздействия продуктов сгорания твердого топлива, образующихся внутри массивной оболочки и внутри перфорационного канала, происходит интенсивный унос поверхностного уплотненного и загрязненного слоя со стенок канала, его прочистка и расширение с растрескиванием окружающей породы. В канале длительное время (по сравнению со временем воздействия кумулятивной струи) поддерживается высокое давление, что приводит к образованию протяженных трещин в слагающих породах в зоне перфорации. Для предотвращения смыкания трещин после падения давления в перфорационный канал вместе с веществом газогенерирующего заряда вводятся расклинивающие элементы, например металлические шарики, щебень и т. п. Эти элементы проталкиваются газовыми струями высокого давления в образующиеся трещины и закрепляют их в раскрытом состоянии. Такие элементы могут быть размещены внутри массивной оболочки или введены в состав газогенерирующего заряда. Образующаяся при перфорации поверхность фильтрации состоит из поверхности стенок перфорационного канала и поверхности стенок трещин в окружающей породе. Для повышения проницаемости поверхности фильтрации, предотвращения закупорки пор и увеличения проходных сечений трещин в зону перфорации вместе с веществом газогенерирующего заряда вводится химический реагент. Такие реагенты могут быть размещены внутри массивной оболочки или введены в состав газогенерирующего заряда в виде примеси, в капсулах или гранулах.

Техническим результатом заявляемого способа является:
- больший объем перфорационных каналов и, следовательно, большая площадь поверхности фильтрации при сохранении ее проницаемости, близкой к естественной;
- относительная простота и быстродействие способа, позволяющие одновременно получить перфорационный канал и произвести мероприятия по повышению продуктивности скважины (в 2-3 раза);
- стабилизация продуктивных параметров зоны перфорации, обеспечение поддержания продуктивности на высоком уровне в течение более длительного времени.

Использование: в горной промышленности при вскрытии продуктивных пластов в нефтяных и газовых скважинах. Обеспечивает повышение продуктивности нефтяных и газовых скважин и снижение затрат времени. Сущность изобретения: по способу устанавливают в обсадную колонну кумулятивный заряд и одновременно с ним - газогенерирующий заряд из твердого топлива. Затем их инициируют. Выполняют перфорационный канал в обсадной колонне и окружающем продуктивном пласте и прирост площади его поверхности фильтрации. При этом инициирование газогенерирующуго заряда осуществляют кумулятивным зарядом. Прирост площади поверхности фильтрации продуктивного пласта осуществляют путем перемещения в перфорационный канал газа, образующегося при сгорании газогенерирующего заряда. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ заканчивания скважины, включающий установку в обсадную колонну кумулятивного заряда и одновременно с ним - газогенерирующего заряда из твердого топлива с последующим их инициированием, выполнение перфорационного канала в обсадной колонне и окружающем продуктивном пласте и прирост площади его поверхности фильтрации, отличающийся тем, что инициирование газогенерирующего заряда осуществляют кумулятивным зарядом, при этом прирост площади поверхности фильтрации продуктивного пласта осуществляют путем перемещения в перфорационный канал газа, образующегося при сгорании газогенерирующего заряда. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что инициирование газогенерирующего заряда осуществляют по крайней мере по одной из его поверхностей: по торцевой, расположенной перпендикулярно направлению кумулятивной струи, по наружной боковой, по внутренней поверхности вдоль оси заряда. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вместе с образовавшимся газом в перфорационный канал перемещают часть газогенерирующего заряда из твердого топлива. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что вместе с образовавшимся газом в перфорационный канал перемещают химический реагент. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вместе с образовавшимся газом в перфорационный канал перемещают расклинивающие элементы.