УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ СКВАЖИНЫ Российский патент 2000 года по МПК E21B43/25 E21B43/18 E21B37/00 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для очистки призабойной зоны скважины, закольматированной парафинистыми, асфальтеносмолистыми и шламовыми отложениями.

Известно устройство для повышения продуктивности скважины методом имплозии (депрессии), включающее каротажный кабель, кабельную головку, полый корпус с отверстием в нижней части, закрываемый разрушаемой крышкой с установленным на ней зарядом с детонатором, соединенным электрическими проводами с наземным пультом управления, в корпусе установлен демпфер с отверстием (патент РФ N 2039221, кл. E 21 B 43/18, 1995).

Известное устройство позволяет проводить депрессионное воздействие с пониженным негативным компрессионным воздействием, однако устройство не позволяет прогревать призабойную зону скважины и расплавлять кольматирующие элементы, время срабатывания заряда составляет доли секунды, при этом вся мощность заряда направлена на разрушение крышки, а не на прогрев среды.

Известно устройство для очистки призабойной зоны скважины, включающее пакер и цилиндр с отверстиями, шариковым замком и поршнем (а.с. СССР N 186924, кл. E 21 B 43/18, 1966).

Известное устройство позволяет проводить депрессионное воздействие, но не позволяет прогревать призабойную зону скважины и расплавлять кольматирующие элементы, что снижает эффективность обработки. Кроме того, реализация пакера существенно усложняет известное устройство в техническом плане.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее депрессионную камеру с пиротехническим зарядом и детонатором, соединенным с наземным пультом управления через электрические провода, проведенные внутри упомянутой депрессионной камеры, кабельную головку и каротажный кабель, металлический стакан, имеющий прорези, соединенный с узлом впускного клапана депрессионной камеры, состоящим из корпуса и собственно впускного клапана с уплотнителем, при этом впускной клапан выполнен с внутренней полостью, закрытой сверху гайкой, и имеет в стенках отверстия, в которых размещены сухарики, опирающиеся с одного конца на пологие упоры корпуса впускного клапана, а внутренний объем корпуса впускного клапана сообщен с внутренним объемом депрессионной камеры (патент РФ N 2072423, кл. E 21 B 43/25, 28/00, 1997).

Известное устройство позволяет эффективно прогревать призабойную зону скважины, однако возможности депрессионного воздействия на пласт в нем используются лишь частично, т.к. после открытия впускного клапана основную долю содержимого депрессионной камеры будет составлять скважинная жидкость, беспрепятственно поступающая в нее из верхней части ствола скважины, что обуславливает кратковременность депрессионного воздействия на пласт, тогда как для качественной очистки пласта от кольматирующих элементов требуется, чтобы процесс депрессии продолжался в течение времени, необходимого для преодоления сил вязкого сцепления кольматирующих элементов между собой и со скелетом породы. Кроме того, известное устройство, из-за применяемого способа открывания депрессионной камеры, не позволяет проводить обработку скважин, наклон которых превышает 40-45^o, а также в известном устройстве может происходить несанкционированное открывание имплозионной камеры при ударах и вибрациях во время его спуска в скважину.

К недостаткам известного устройства относится также то, что в нем заряд и запал конструктивно совмещены, что повышает опасность зарядов с точки зрения возможности несанкционированного срабатывания в процессе их транспортировки, хранения и подготовки к проведению работ.

Предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность удаления кольматирующих элементов из призабойной зоны пласта за счет увеличения времени депрессии, а также обеспечивает возможность проведения работ в скважинах с любыми углами наклона и позволяет повысить безопасные условия труда.

Это достигается тем, что предлагаемое устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее имплозионную камеру, впускной клапан, нагревательную спираль, заряд с узлом поджига, соединенным электрическими проводами, проведенными через имплозионную камеру, кабельную головку и каротажный кабель к наземному пульту управления, оснащено цилиндрическим упором, размещенным во внутренней полости впускного клапана, выполненным из изоляционного термопластичного материала, прошитого первой нагревательной спиралью, соединенной через кабельную головку и каротажный кабель с наземным пультом управления первыми электрическими проводами, а заряд с узлом поджига размещен в несгораемом защитном кожухе с боковыми отверстиями, при этом узел поджига размещен в углублении, выполненном на торце заряда, и состоит из уплотнителя, прошитого второй нагревательной спиралью, соединенной с наземным пультом управления вторыми электрическими проводами, проходящими через герметизированный токоввод, имплозионную камеру, кабельную головку и каротажный кабель. На наружной поверхности имплозионной камеры по ее окружности установлены примыкающие друг к другу пластины, выполненные из упругого материала, верхняя часть которых скошена в сторону имплозионной камеры, нижняя прикреплена к ее корпусу, причем длина верхней незакрепленной части пластин превышает расстояние от их наружной поверхности до стенки скважины в 2,5-3,5 раза, количество же пластин составляет 10-20 штук. Пластины могут состоять из двух слоев, причем пластины второго наружного слоя расположены так, что их середины приходятся на линии стыков первого внутреннего слоя.

На фиг. 1, 2 и 3 показан принцип работы устройства для обработки призабойной зоны скважины.

Устройство содержит (фиг. 1) заряд 1 с узлом поджига, состоящим из нагревательной спирали 2, уплотнителя 3 и токоподводящих проводов 4. Уплотнитель 3 вместе с прошитой в нем нагревательной спиралью 2 вставлен герметично в углубление 5, выполненное в заряде 1. Заряд 1 размещен в несгораемом кожухе 6, имеющем прорези 7. Кожух 6 посредством заборника 8, имеющего отверстия 9, соединяется с корпусом 10 узла впускного клапана, внутри которого размещен впускной клапан 11 с уплотнителем 12, выполненный с внутренней полостью 13, закрытой гайкой 14, ввернутой в впускной клапан 11. В стенке 15 впускной клапан 11 имеет отверстия 16, в которых размещены, с возможностью осевого перемещения, сухарики 17, опирающиеся с одной стороны на пологие упоры 18 корпуса 10, а с другой стороны на цилиндрический упор 19, прошитый нагревательной спиралью 20, соединенной с токоподводящими проводами 21. Цилиндрический упор 19 зафиксирован относительно сухариков 17 опорой 22 и фиксатором 23. Опора 22 своим нижним концом находится в гнезде 24 впускного клапана 11. Фиксатор 23 проходит через отверстие 25 гайки 14 и своим верхним концом входит в отверстие 26 перемычки 27, имеющей отверстия 28 и закрепленной в корпусе 10 узла впускного клапана. Опора 22, фиксатор 23 и впускной клапан 11 имеют канал 29 для токоподводящих проводов 4 и 21. Имплозионная камера, состоящая из внутренней полости 30 и корпуса 31, загерметизирована уплотнителями 12 и герметизирующими токовводами 32. В верхней части корпуса имплозионной камеры 31 выполнено отверстие 33 с пробкой 34.

Корпус 10 узла впускного клапана герметично соединен с корпусом 31 имплозионной камеры, внутри которой проходят токоподводящие провода 4 и 21, соединяющиеся через кабельный наконечник 35 и каротажный кабель 36 с наземным пультом управления.

В верхней части корпуса 31 имплозионной камеры размещены пластины 37, выполненные из упругого материала, верхние концы пластин 37 имеют скосы 38 в сторону корпуса 31 имплозионной камеры, при этом пластины 37 прикреплены к корпусу 31 имплозионной камеры посредством бандажа 39. Пластины 37 могут быть реализованы в двухслойном варианте исполнения таким образом, что середины пластин второго, наружного, слоя приходятся на линии стыков пластин первого, внутреннего, слоя.

Для выполнения работы на скважине устройство должно быть собрано в соответствии с фиг. 1. При этом узел поджига (уплотнитель 3 и нагревательная спираль 2) вставляется в углубление 5 заряда 1 на завершающей стадии сборки прибора непосредственно перед спуском прибора в скважину. После закрепления кожуха 6 с зарядом 1 к скважинному прибору начинают спуск прибора в скважину.

Таким образом обеспечивается выполнение безопасных условий труда, т.к. конструктивное исполнение узла поджига позволяет соединять его с зарядом 1 практически непосредственно перед началом работ. При этом сам узел поджига не является взрывоопасным элементом.

Устройство для обработки призабойной зоны скважины работает следующим образом (фиг. 2, 3).

Скважину 40 заполняют жидкостью, обычно минерализованной водой, и создают давление в интервале продуктивного пласта 41, близкое к пластовому, но не превышающее его. На каротажном кабеле 36 в скважину 40 опускают устройство для обработки призабойной зоны таким образом, чтобы низ заряда 1 располагался ниже нижних перфорационных отверстий 42 на 0,2-0,5 м. С наземного пульта управления по токоподводящим проводам 4 подают ток на нагревательную спираль 2, которой прошит уплотнитель 3. Спираль 2, нагреваясь, воспламеняет заряд 1, по мере горения которого горячие газы через прорези 7 достигают перфорационных отверстий 42 и нагревают скважину 40 и прилегающую часть интервала продуктивного пласта 41, т.е. призабойную зону скважины, при этом зона горения постепенно распространяется от верха заряда к нижним перфорационным отверстиями вдоль интервала продуктивного пласта 41. Корпус 10 узла впускного клапана отделен от заряда 1 заборником 8, имеющим отверстия 9 для забора скважинной жидкости и элементов, кольматирующих перфорационные отверстия 42. Герметизация полости 30 имплозионной камеры обеспечивается уплотнением 12 и герметизирующим токовводом 32, при этом давление внутри имплозионной камеры 31 равно атмосферному, в то время как давление в скважине 40 равно давлению столба скважинной жидкости в интервале продуктивного пласта. По окончании горения проводят технологическую выдержку в течение времени, достаточного для замещения газов на скважинную жидкость в интервале продуктивного пласта 41. После этого по проводам 21 подают ток с наземного пульта управления на спираль 20, которая накаляется и вызывает размягчение цилиндрического упора 19. Под действием внешнего давления сухарики 17 начинают двигаться к оси прибора, вдавливаясь в размягченный цилиндрический упор 19 и сминая его (фиг. 3) до тех пор, пока они не выйдут из зацепления с пологими упорами 18 корпуса 10 (фиг. 2), при этом впускной клапан 11 освобождается из зацепления с корпусом 10. Цилиндрический упор 19 выполняется из легкоплавкого материала, в качестве которого могут быть применены винипласт, оргстекло, капролон, материалы на основе эпоксидных смол и т.п.

Под действием давления со стороны скважины высвобожденный впускной клапан 11 перемещается в сторону имплозионной камеры 31 до упора гайкой 14 в перемычку 27, при этом фиксатор 23 и отверстие 26 служат в качестве направляющих для впускного клапана 11 (фиг. 3). Из перфорационных отверстий 42 и из скважины 40 жидкость начинает всасываться в полость 30 имплозионной камеры. Это происходит по направлению стрелок 44 через отверстия 9 заборника 8 и отверстия 28 в перемычке 27, что вызывает резкое движение столба жидкости в скважине в направлении, указанном стрелками 45. Под действием потока скважинной жидкости упругие пластины 37, за счет наличия скосов 38, отгибаются и занимают рабочее положение (фиг. 3), прилегая к стенке 43 скважины. Таким образом производится автоматическое разобщение интервала продуктивного пласта 41 с верхней частью 46 скважины, что обуславливает повышение эффективности депрессионного воздействия на продуктивный пласт 41 через перфорационные отверстия 42, выражающееся в увеличении времени депрессионного воздействия. Давления выше и ниже места разобщения постепенно выравниваются, пластины 37 из рабочего положения под действием сил упругости возвращаются в исходное положение (фиг. 2). Пластины 37 закреплены на корпусе имплозионной камеры 31 с помощью бандажа 39. Они могут быть изготовлены из резины, армированной резины, полиуретана и т.п.

При установке пластин 37, составленных из двух слоев, обеспечивается более высокая степень разобщения верхней 45 части скважины и продуктивного пласта 41 за счет взаимного перекрытия щелей, образующихся при прилегании пластин к стенке 43 скважины. Двухслойный вариант исполнения пластин 37 позволяет дополнительно увеличить продолжительность депрессионного воздействия на пласт и тем самым повысить степень его очистки от кольматирующих элементов.

После заполнения полости 30 имплозионной камеры кольматирующими элементами, извлеченными из продуктивного пласта 41, различными остатками после сгорания заряда и скважинной жидкостью, впускной клапан 11 опускается на прежнее место (фиг. 2) и разобщает внутреннюю полость 30 имплозионной камеры со скважиной 40. Начинают подъем скважинного устройства. По мере его подъема давление на прибор со стороны скважины снижается, что обуславливает выбивание пробки 34 и выравнивание давлений в полости 30 имплозионной камеры и скважине 40 через отверстие 33. Таким образом происходит стравливание избыточного давления из внутренней полости прибора. Поскольку отверстие 33 расположено в верхней части имплозионной камеры, то основная часть забранной жидкости остается в приборе и извлекается на поверхность.

Применение предложенного технического решения позволяет повысить эффективность обработки призабойной зоны скважины.

Пример. Выполняют обработку призабойной зоны скважины на глубине 1200 м. Составляют устройство для обработки призабойной зоны скважины в соответствии с прилагаемым чертежом (фиг. 1). В качестве корпуса 31 имплозионной камеры может быть применена труба НКТ-3,5' (насосно-компрессорная труба с внутренним диаметром 3,5 дюйма). В качестве источника тепла может быть использован любой медленно горящий заряд 1, выполненный на базе порохов, пиротехнических составов или твердых ракетных топлив с временем горения от нескольких (5-10) с и более, с температурой горения 1500...2500^oC, с объемом выделяемых газов 500-600 л на 1 кг используемого заряда при давлении 1 атм.

Снаряженный прибор (см. фиг. 2) опускают на глубину 1200 м с таким расчетом, чтобы низ заряда располагался ниже нижних перфорационных отверстий на 0,2-0,5 м. После этого с наземного пульта подают ток величиной 2-2,5 А на нихромовую спираль 2 (ее диаметр равен 0,2 мм) в течение 10-15 с. При этом ток контролируется по амперметру, расположенному на передней панели наземного пульта. Момент зажигания заряда 1 отмечается появлением скачков показаний амперметра и подергиванием каротажного кабеля 36. После появления одного из этих признаков подачу тока прекращают, после чего через 3-5 мин (это время установлено экспериментальным путем) подают ток величиной 2-2,5 А на нихромовую спираль 20 диаметром 0,2 мм. Под действием тепла спирали 20 происходит размягчение упора 19 до такой степени, что под действием внешнего давления (со стороны скважины) сухарики 17 вдавливаются в цилиндрический упор 19 и выходят из зацепления с пологими упорами 18. Впускной клапан 11 под действием давления со стороны скважины выталкивается до упора в перемычку 27 (фиг. 3). Жидкость из скважины устремляется в имплозионную камеру, заполняя полость 30. Под действием нисходящего потока жидкости пластины 37 прилегают к стенке 43 скважины и разобщают зону перфорационных отверстий 42 от верхней части 46 скважины, что позволяет существенно (в десятки раз) увеличить время депрессионного воздействия на зону перфорации и тем самым повысить эффективность очистки поровых каналов от кольматирующих элементов. Экспериментально установлено, что время депрессионного воздействия с применением пластин 37 составляет 3-4 с, в то время как без них оно колеблется около 0,1 с.

Срабатывание имплозионной камеры фиксируется на поверхности в виде резкого, ощутимого рывка каротажного кабеля 36 и передачей этого рывка на каротажный подъемник, после чего подачу тока на спираль 20 прекращают.

Заряд 1 может зажигаться как сверху, так и снизу. Это зависит от его установки в кожух 6 при сборке устройства. На чертеже (фиг. 1) представлен вариант зажигания заряда сверху. При поджиге заряда снизу достигается более быстрое его сгорание.

После окончания колебательных процессов кабеля прибор вместе с отобранной жидкостью и кольматирующими элементами извлекают на поверхность.

Устройство включает имплозионную камеру, впускной клапан, нагревательную спираль, заряд с узлом поджига, соединенным электрическими проводами с наземным пультом управления. Внутренняя полость впускного клапана снабжена цилиндрическим упором, выполненным из изоляционного термопластичного материала, прошитого первой нагревательной спиралью, соединенной с наземным пультом. Заряд с узлом поджига размещен в несгораемом охранном кожухе, имеющем боковые отверстия. Узел поджига состоит из уплотнителя, прошитого второй нагревательной спиралью, соединенной с наземным пультом. Снаружи, по окружности имплозионной камеры, установлены примыкающие друг к другу пластины, верхняя часть которых скошена в сторону имплозионной камеры, нижняя прикреплена к ее корпусу. Количество пластин составляет 10-20 штук, причем пластины могут быть двухслойные. Предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность удаления кольматирующих элементов из призабойной зоны пласта за счет увеличения времени депрессии, а также обеспечивает возможность проведения работ в скважинах с любыми углами наклона и позволяет повысить безопасные условия труда. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее имплозионную камеру, впускной клапан, нагревательную спираль, заряд с узлом поджига, соединенным электрическими проводами, проведенными через имплозионную камеру, кабельную головку и каротажный кабель к наземному пульту управления, отличающееся тем, что оно снабжено цилиндрическим упором, размещенным во внутренней полости впускного клапана, выполненным из изоляционного термопластичного материала, прошитого первой нагревательной спиралью, соединенной через кабельную головку и каротажный кабель с наземным пультом управления первыми электрическими проводами, а заряд с узлом поджига размещен в несгораемом защитном кожухе с боковыми отверстиями, при этом узел поджига размещен в углублении, выполненном на торце заряда, и состоит из уплотнителя, прошитого второй нагревательной спиралью, соединенной с наземным пультом управления вторыми электрическими проводами, проходящими через герметизированный токоввод, имплозионную камеру, кабельную головку и каротажный кабель, на наружной поверхности имплозионной камеры по ее окружности установлены примыкающие друг к другу пластины, выполненные из упругого материала, верхняя часть которых скошена в сторону имплозионной камеры, нижняя прикреплена к ее корпусу, причем длина верхней незакрепленной части пластин превышает расстояние от их наружной поверхности до стенки скважины в 2,5 - 3,5 раза, а количество пластин составляет 10 - 20 штук. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что пластины состоят из двух слоев, причем пласты второго, наружного слоя расположены так, что их середины приходятся на линии стыков первого внутреннего слоя.