СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК E21B43/25 

Предлагаемое изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам и устройствам для повышения производительности скважин путем обработки призабойной зоны пласта. Известен способ термохимической обработки призабойной зоны пласта горячим кислотным раствором. Нагрев кислотного раствора происходит непосредственно на забое скважины за счет теплового эффекта экзотермической реакции между раствором кислоты и реакционным материалом, в частности металлическим магнием. При этом последний загружают в контейнер, образуя, так называемый, термонаконечник, и спускают его на насосно-компрессорных трубах (НКТ) в забой скважины. По НКТ через термонаконечник в скважину прокачивается солянокислотный раствор. (См. напр. В.С. Бойко "Разработка и эксплуатация нефтяных месторождений"- М., "Недра", 1990 г. с. 203-204).

Преимуществом способа является возможность осуществления в одной технологии как термического растворения асфальтно-парафино-смолистых отложений в порах пласта, так и химического растворения карбонатного типа породы пласта, отложений солей, глины, цемента и т.д. в призабойной зоне пласта. Недостатком способа является трудоемкость и продолжительность технологии, связанной с необходимостью доставки в забой контейнера с реакционным материалом (термонаконечника) путем спуска НКТ, а также последующей закачки раствора кислоты с устья в забой скважины с помощью насосных кислотных агрегатов. Технология, кроме того, предусматривает большие объемы расхода кислотного раствора, т. к. значительная его часть затрачивается на реакцию с магнием (около одной тонны на 10 кг магния), причем снижается общая концентрация кислотного раствора, необходимого для химического воздействия на призабойную зону пласта. Способ имеет также ограничения по температуре нагрева и давлению в забое, что снижает эффективность обработки скважины. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ и устройство для обработки призабойной зоны пласта по патенту RU 2090749, кл. E 21 B 43/263, опубл. 20.09.97, включающий доставку на кабель-тросе в забой совмещенного в единое устройство термогазогенератора с реакционным материалом из газогенерирующего сгораемого композиционного материала, камеры догорания и контейнера с рабочей жидкостью, запуск и образование потока нагретых газообразных продуктов сгорания термогазогенератора, нагрев рабочей жидкости и создание гидродавления в интервале обработки пласта. Способ осуществляется следующим образом. Устройство спускают в скважину и устанавливают термогазогенератор против интервала обрабатываемого пласта. Запускают термогазогенератор, при сгорании топлива выделяется газ, который заполняет камеру догорания и истекает через боковые отверстия камеры. Предполагается, что в процессе сгорания топлива температура заполняемого камеру догорания газа позволяет испарять химический реагент, находящийся в баллоне под камерой догорания. Образовавшийся в скважине газовый пузырь проникает через перфорационные каналы и оказывает термохимическое воздействие на пласт. Когда давление в газовом пузыре достигает давления разрыва пласта, в нем образуются трещины.

Преимуществом способа-прототипа является возможность обработки призабойной зоны пласта с доставкой в забой на кабель-тросе единого устройства, предусматривающего осуществлять комплекс одновременного термического, газового, химического и гидроударного воздействий.

Недостатком способа и устройства для его осуществления является низкая эффективность совместного термогазового и химических воздействий из-за практического отсутствия возможности смешения (перемешивания) нагретых газов с химическим реагентом (рабочей жидкостью), нагрева последнего до температуры кипения и образования высокотемпературной газожидкостной смеси, способной повысить эффект комплексного воздействия на призабойную зону пласта. Так, при этом способе образующиеся при сгорании топлива нагретые газы начинают истекать в скважину через сопловидные отверстия, а также заполнять камеру догорания. Предполагается при этом, что нагретые газы, соприкасаясь с поверхностью наводящегося в баллоне химического реагента, будут испарять последний. Если такое испарение химического реагента будет осуществляться, то оно будет неэффективным из-за малых поверхностей соприкосновения нагретых газов и химического реагента. Даже такая незначительная возможность практически исключается ввиду того, что этому будет препятствовать слой инертной скважинной жидкости, которая заполнит пространство между поверхностями химического реагента в баллоне и нижними сопловидными отверстиями в камере догорания. Основная часть нагретых газов при сгорании топлива будет истекать в скважину через верхние сопловидные отверстия, не участвуя во взаимодействии с химическим реагентом.

Известное устройство, включающее корпус, крышку, дно и выполненный в виде стакана поршень, снабженный соплом и заполненный пороховым зарядом (см. SU 604965, кл. E 21 B 27/02, опубл. 1978 г.), не может быть использовано в предлагаемом способе и устройстве для его осуществления, т.к. оно обладает недостатками. Это - неравномерность вытеснения жидкости из корпуса, что исключает возможность последующего равномерного и эффективного смешения ее с потоком газов. Неравномерность вытеснения связана с изменением реактивной силы в процессе работы устройства из-за непрерывного изменения перепада давления в камере сгорания (стакане) и за соплом. Устройство, кроме того, ненадежно в работе, может привести к аварийным ситуациям, ибо газы, истекающие в ограниченное и заполненное жидкостью пространство между поршнем и крышкой, а также через ограниченное отверстие (сопло), могут создать внутри стакана давление, превышающее его прочность.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение эффективности совместного термогазового и химического воздействия на призабойную зону пласта за счет улучшения смешивания газообразный продуктов сгорания термогазогенератора с рабочей жидкостью контейнера. Это достигается тем, что в известном способе обработки призабойной зоны пласта, включающем доставку на кабель-тросе в забой совмещенного в единое устройство термогазогенератора с реакционным материалом из газогенерирующего сгораемого композиционного материала и контейнера с рабочей жидкостью, образование потока нагретых газообразных продуктов сгорания термогазогенератора; нагрев рабочей жидкости и создание гидродавления в интервале обработки, между термогазогенератором и контейнером рабочей жидкости в устройстве образуют поток рабочей жидкости за счет вытеснения ее из контейнера навстречу потоку нагретых газообразных продуктов сгорания термогазогенератора и создают зону смешивания, где рабочую жидкость интенсивно смешивают с газообразными продуктами сгорания, нагревают до температуры кипения и превращают в газожидкостное состояние. В известном устройстве, включающем корпус термогазогенератора со снаряженным в нем газогенерирующим сгораемым композиционным материалом и соосно совмещенный с ним в единое устройство контейнер с рабочей жидкостью, термогазогенератор соосно совмещен с контейнером для рабочей жидкости через камеру смешения, имеющую окошки. При этом в данной части контейнера размещены поршень и шашка из газогенерирующего сгораемого композиционного материала для вытеснения в камеру смешения рабочей жидкости из контейнера. Вытеснение рабочей жидкости из контейнера в зону смешения устройства осуществляют путем размещения и сжигания в донной части контейнера шашки из газогенерирующего сгораемого композиционного материала.

Предлагаемый способ осуществляется с использованием устройства для обработки призабойной зоны пласта, представленного на чертеже и включающего корпус 3 термогазогенератора со снаряженным в нем реакционным материалом 2, в качестве которого используется газогенерирующий сгораемый композиционный материал. Термогазогенератор соосно совмещен через камеру смешения 4, имеющей окошки 5, с контейнером 6 для рабочей жидкости 7 в единое устройство с возможностью доставки его с помощью кабельной головки 1 в забой на кабель-тросе. В донной части контейнера размещены поршень 8 и шашка 9 из газогенерирующего сгораемого композиционного материала. В качестве реакционного материала термогазогенератора используется газогенерирующий сгораемый композиционный материал, например, состав по патенту РФ N 2075597, зарегистрирован 20 марта 1997 года, следующего содержания компонентов, мас.%:
Аммиачная селитра гранулированная марки Б - 72%
Бихромат калия технический - 5%
Эпоксидная смола марки ЭД-20 с отвердителем ПЭПА в соотношении 10:1 - 23%
Указанный состав обладает достаточной теплотой сгорания (4600 кДж/кг), при сгорании выделяются практически только газообразные продукты (800 л/кг) со скоростью горения в пределах 4,0...7 мм/с при широких пределах давлений 0,1...30 МПа, не способен к взрывчатому превращению.

В качестве газогенерирующего сгораемого композиционного материала шашки для вытеснения рабочей жидкости из контейнера используется аналогичный состав, но без каталитической добавки-бихромата калия, следующего содержания компонентов, мас.%:
Аммиачная селитра гранулированная марки Б - 72
Эпоксидная смола марки ЭД-20 с отвердителем ПЭПА в соотношении 10:1 - 28
Состав для шашки при сгорании выделяет 700 л/кг газообразных продуктов, имеет скорость горения 0,5...1,2 мм/с в пределах давлений 0,1...30 МПа. В качестве рабочей жидкости, размещаемой в контейнер, могут быть использованы кислотные растворы, растворители, растворы поверхностно-активных веществ как по отдельности, так и в различных соотношениях между ними.

Существенные признаки предлагаемого изобретения:
1) доставка в забой на кабель-тросе совмещенного в единое устройство термогазогенератора с реакционным материалом из газогенерирующего сгораемого композиционного материала и контейнера с рабочей жидкостью;
2) образование потока нагретых газообразных продуктов сгорания термогазогенератора;
3) нагрев рабочей жидкости и создание гидродавления в интервале обработки пласта;
4) размещение в донной части контейнера поршня и шашки из газогенерирующего сгораемого композиционного материала для вытеснения рабочей жидкости из контейнера в камеру смешения;
5) образование потока рабочей жидкости из контейнера навстречу потоку нагретых газообразных продуктов сгорания термогазогенератора;
6) создание камеры, соосно совмещенной между термогазогенератором и контейнером, и соответственно зоны смешения потока нагретых газообразных продуктов сгорания термогазогенератора и потока рабочей жидкости из контейнера;
7) нагрев рабочей жидкости до температуры кипения и превращения ее в газожидкостное состояние.

Первые три признака являются общими с прототипом, остальные четыре признака - существенные отличительные признаки предлагаемого изобретения.

Предлагаемый способ обработки призабойной зоны пласта осуществляют следующим образом.

В скважину, заполненную жидкостью, спускают на кабель-тросе в рабочий интервал обработки пласта снаряженное устройство. С устья скважины через кабель-трос подают электрический импульс одновременно на воспламенитель сгораемого материала термогазогенератора и воспламенитель сгораемого материала шашки. В процессе воспламенения и послойного сгорания материалов газогенератора и шашки в зоне камеры смешения образуются навстречу друг другу потоки нагретых до примерно 2000^oC газообразных продуктов, выделяющихся при сгорании композиционного материала в термогазогенераторе, и рабочей жидкости, вытесняемой из контейнера поршнем за счет давления газообразных продуктов сгорания шашки. Рабочая жидкость, в частности, раствор соляной кислоты интенсивно смешивается с газообразными продуктами сгорания материала термогазогенератора, быстро нагревается до температуры не менее 350^oC и в значительной мере испаряется, образуя высокотемпературную газожидкостную смесь. В процессе работы газогенератора, образования газообразный продуктов, смешения, нагрева и испарения рабочей жидкости в зоне вокруг камеры смешения одновременно создается высокое гидродавление. Высокая температура газожидкостной смеси кислотного раствора, достигающая температуры кипения в условиях забоя 350-400^oC, а также высокое гидродавление, составляющее не менее 50 МПа, обеспечивают в течение нескольких минут работы термогазогенератора интенсивную фильтрацию газожидкостной смеси по каналам и порам призабойной зоны пласта, удаляя кольматирующие и загрязняющие отложения, вызывая реагирование кислоты с породой и образование новых и расширение старых каналов и пор. Указанные эффекты повторяются несколько раз, т.е. репрессионно-депрессионные воздействия газожидкостной смеси, вызванные многократными процессами расширения и сжатия газовых пузырьков в жидкости, создают условия для циклической фильтрации рабочей жидкости вглубь призабойной зоны пласта и обратно, что в конечном итоге приводит к повышению эффективности обработки призабойной зоны пласта.

Работоспособность и преимущества предлагаемого способа и устройства для его осуществления подтверждена результатами опытно-промысловых испытаний их (акт испытаний прилагается). Результаты испытаний показали, что при работе устройства в интервале обработки достигается температура 370^oC, что в сочетании с одновременным воздействием гидродавления, составляющем 560...580 атм, обеспечивает существенное повышение приемистости пласта. Преимущество обработки призабойной зоны пласта предлагаемым способом обеспечивается, таким образом, за счет повышения эффективности совместного термогазового и химического воздействий, приводящих к увеличению коллекторских свойств пласта.

Способ включает доставку на кабель-тросе в забой совмещенного в единое устройство термогазогенератора с реакционным материалом из газогенерирующего сгораемого композиционного материала и контейнера с рабочей жидкостью. Нагревают рабочую жидкость и создают гидродавление в интервале обработки. Между термогазогенератором и контейнером с рабочей жидкостью соосно размещают камеру и зону смешения. В этой зоне осуществляется интенсивное смешение созданного путем вытеснения из контейнера потока рабочей жидкости навстречу потоку газообразных продуктов сгорания термогазогенератора. Для вытеснения рабочей жидкости из контейнера в его донной части располагают поршень и шашку из газогенерирующего сгораемого композиционного материала. Рабочая жидкость в зоне смешения нагревается де температуры кипения и превращается в газожидкостное состояние. Преимуществом способа является повышение эффективности комплексного термогазохимического воздействия на призабойную зону пласта. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ обработки призабойной зоны, включающий доставку на кабель-тросе в забой совмещенного в единое устройство термогазогенератора с реакционным материалом из газогенерирующего сгораемого композиционного материала и контейнера с рабочей жидкостью, образование потока нагретых газообразных продуктов сгорания термогазогенератора, нагрев рабочей жидкости и создание гидродавления в интервале обработки пласта, отличающийся тем, что между термогазогенератором и контейнером рабочей жидкости в устройстве образуют поток рабочей жидкости за счет вытеснения ее из контейнера навстречу потоку нагретых газообразных продуктов сгорания термогазогенератора и создают зону смешения, где рабочую жидкость интенсивно смешивают с газообразными продуктами сгорания, нагревают до температуры кипения и превращают в газожидкостное состояние. 2. Устройство для обработки призабойной зоны пласта, включающее корпус термогазогенератора со снаряженным в нем газогенерирующим сгораемым композиционным материалом и соосно совмещенный с ним в единое устройство контейнер с рабочей жидкостью, отличающееся тем, что термогазогенератор соосно совмещен с контейнером для рабочей жидкости через камеру смешения, имеющую окошки, при этом в донной части контейнера размещены поршень и шашка из газогенерирующего сгораемого композиционного материала для вытеснения в камеру смешения рабочей жидкости из контейнера.