СПОСОБ ЗАКАНЧИВАНИЯ СКВАЖИНЫ Российский патент 1999 года по МПК E21B43/11 E21B43/117 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для вскрытия продуктивных пластов в нефтяных и газовых скважинах.

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. Формирование перфорационных каналов происходит в результате воздействия на стенки скважины и околоскважинную зону пласта кумулятивной струи, возникающей в результате взрыва заряда бризантного взрывчатого вещества (ВВ) (1).

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.

Известен способ заканчивания скважины, заключающийся 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 (2).

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.

Известен способ заканчивания скважины, заключающийся в установке в обсадную колонну скважины кумулятивных зарядов и одновременно с ними пороховых зарядов с последующим их инициированием. Кумулятивные заряды инициируют электродетонатором, пороховые заряды инициируют 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 (3).

Недостатками способа 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.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ заканчивания скважины, включающий установку в обсадную колонну кумулятивного и газогенерирующего заряда из твердого топлива с последующим инициированием газогенерирующего заряда кумулятивным зарядом, выполнение перфорационного канала в обсадной колонне и окружающем продуктивном пласте и перемещение в перфорационный канал газа, образующегося при сгорании газогенерирующего заряда, и химического реагента (4).

Известный способ позволяет повысить продуктивность нефтяных и газовых скважин при одновременном обеспечении их сохранности и снижении затрат времени на заканчивание скважин. Однако в ряде случаев, особенно в условиях карбонатного коллектора, эффективность способа оказывается недостаточной для достижения проектного дебита скважины.

Техническая задача, решаемая заявляемым способом, заключается в повышении продуктивности нефтяных и газовых скважин за счет значительного прироста площади поверхности фильтрации перфорационных каналов.

Для решения поставленной задачи в способе заканчивания скважины, включающем установку в обсадную колонну кумулятивного и газогенерирующего заряда из твердого топлива и химического реагента с последующим инициированием газогенерирующего заряда кумулятивным зарядом, выполнение перфорационного канала в обсадной колонне и окружающем продуктивном пласте и перемещение в перфорационный канал газа, образующегося при сгорании газогенерирующего заряда, и химического реагента, согласно изобретению в качестве химического реагента используют кислотный реагент, а перемещение кислотного реагента в перфорационный канал организуют после поступления газа, образующегося при сгорании газогенерирующего заряда.

Признаками изобретения являются:
1) установка в обсадную колонну кумулятивного и газогенерирующего заряда из твердого топлива и химического реагента;
2) последующее инициирование газогенерирующего заряда кумулятивным зарядом;
3) выполнение перфорационного канала в обсадной колонне и окружающем продуктивном пласте;
4) перемещение в перфорационный канал газа, образующегося при сгорании газогенерирующего заряда;
5) перемещение в перфорационный канал химического реагента;
6) использование в качестве химического реагента кислотного реагента;
7) перемещение кислотного реагента в перфорационный канал после поступления газа, образующегося при сгорании газогенерирующего заряда.

Признаки 1-5 являются общими с прототипом, признаки 6, 7 являются существенными отличительными признаками изобретения.

Сущность изобретения
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. В предложенном способе решается задача повышения продуктивности нефтяных и газовых скважин за счет значительного прироста площади поверхности фильтрации перфорационных каналов. Задача решается следующей совокупностью операций.

Производят установку в обсадную колонну кумулятивного и газогенерирующего заряда из твердого топлива с последующим инициированием газогенерирующего заряда кумулятивным зарядом. При этом образуется перфорационный канал в обсадной колонне и окружающем продуктивном пласте. Происходит перемещение в перфорационный канал газа, образующегося при сгорании газогенерирующего заряда. Затем происходит перемещение в перфорационный канал химического реагента. В качестве химического реагента используют кислотный реагент.

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;
- введение в перфорационный канал и в зону разрыва пласта химических реагентов, повышающих проницаемость поверхности фильтрации и/или слагающих пород.

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. Это 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.

За газогенерирующим зарядом в перфорационное отверстие поступает химический реагент, повышающий проницаемость поверхности фильтрации и/или слагающих пород в зоне перфорации. Химический реагент способствует повышению притока флюида путем физико-химического воздействия на стенки канала и образовавшихся трещин. Применение в качестве химического реагента кислотного реагента, например соляной кислоты и ее растворов, позволяет активно воздействовать на карбонатный коллектор. Использование в качестве кислотного реагента смесей соляной и плавиковой кислот и их растворов позволяет перфорировать скважину в теригенном коллекторе.

Пример конкретного выполнения способа.

Проводят заканчивание нефтедобывающей скважины, вскрывшей нефтяной пласт с карбонатным коллектором. Для реализации предлагаемого способа используют устройство, представленное на чертеже.

Устройство содержит заряд 1 бризантного ВВ с кумулятивной облицованной металлом 2 выемкой, оболочку 3, средство инициирования 4, газогенерирующий заряд 5 из твердого топлива и кольцевую стеклянную ампулу 6, заполненную кислотным реагентом 7. Заряд 5 и кольцевая стеклянная ампула 6 выполнены с отверстием 8 по оси для формирования и прохождения кумулятивной струи. Заряд 5 расположен непосредственно у основания кумулятивного заряда 1 и воспламеняется в результате воздействия продуктов детонации бризантного ВВ. Устройство установлено в обсадную колонну 9 с цементным кольцом 10.

Устройство работает следующим образом.

В обсадную колонну 9 с цементным кольцом 10 устанавливают оболочку 3 с кумулятивным зарядом 1, газогенерирующим зарядом 5 из твердого топлива, например пороха, и кольцевой стеклянной ампулой 6, заполненной кислотным реагентом 7. Производят инициирование кумулятивного заряда 1 подачей напряжения по кабелю (не показан) на средство инициирования 4. При срабатывании кумулятивного заряда 1 под действием кумулятивной облицованной металлом 2 выемки происходит формирование кумулятивной струи, проходящей через отверстие 8, частично разрушающей оболочку 3, обсадную колонну 9, цементное кольцо 10 и пространство за цементным кольцом. Образуется перфорационный канал. В результате воздействия продуктов взрыва кумулятивного заряда 1 происходит воспламенение газогенерирующего заряда 5. Образовавшиеся газы вместе с неуспевшей сгореть частью газогенерирующего заряда 5 выбрасываются в канал, сформированный ударом кумулятивной струи. 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 газогенерирующего заряда 5, образующихся внутри оболочки 3 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. Образующаяся при перфорации поверхность фильтрации состоит из поверхности стенок перфорационного канала и поверхности стенок трещин в окружающей породе. В результате срабатывания газогенерирующего заряда 5 разрушается кольцевая стеклянная ампула 6, заполненная кислотным реагентом 7 - соляной кислотой 26%-ной концентрации. Кислотный реагент 7 объемом 30 см³ увлекается в перфорационный канал остатками газов газогенерирующего заряда 5 и взаимодействует с породой пласта. В результате повышается проницаемость поверхности фильтрации, предотвращается закупорка пор и увеличиваются проходные сечения трещин в зону перфорации.

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.

Источники информации
1. Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник под ред. Л.Я. Фридляндера. -- М.: Недра, 1990 г.

2. Патент США N 4673039, кл. E 21 B 43/263, опублик. 1987 г.

3. Бойдаченко В.Н. и др. Геофизические и прострелочно-взрывные работы в геологоразведочных скважинах. - М.: Недра. 1976, с 231-233.

4. Патент РФ N 2119045, кл. E 21 B 43/117, опублик. 1998 г. - прототип.

Использование: в горной промышленности при вскрытии продуктивных пластов в нефтяных и газовых скважинах. Обеспечивает повышение продуктивности скважин за счет прироста площади фильтрации перфорационных каналов. Сущность изобретения: по способу производят установку в обсадную колонну кумулятивного и газогенерирующего заряда из твердого топлива и химического реагента. Инициируют газогенерирующий заряд кумулятивным зарядом. Выполняют перфорационный канал в обсадной колонне и окружающем продуктивном пласте. Перемещают в перфорационный канал газ, образующийся при сгорании газогенерирующего заряда, а затем химический реагент. В качестве химического реагента используют кислотный реагент. 1 ил.

Способ заканчивания скважины, включающий установку в обсадную колонну кумулятивного и газогенерирующего заряда из твердого топлива и химического реагента с последующим инициированием газогенерирующего заряда кумулятивным зарядом, выполнение перфорационного канала в обсадной колонне и окружающем продуктивном пласте и перемещение в перфорационный канал газа, образующегося при сгорании газогенерирующего заряда, и химического реагента, отличающийся тем, что в качестве химического реагента используют кислотный реагент, а перемещение кислотного реагента в перфорационный канал организуют после поступления газа, образующегося при сгорании газогенерирующего заряда.