СПОСОБ ТЕРМОБАРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА НЕФТЯНОЙ ПЛАСТ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК E21B43/25 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для комплексной обработки и очистки призабойной зоны пласта с целью увеличения производительности скважины.

Известен способ термодинамического воздействия на нефтяной пласт и устройство для его осуществления (патент РФ N 2053354, кл. 6 E 21 B 43/24). Способ включает закачку в трубу нагнетательной скважины циклично теплоносителя и воды, причем закачивают газовый теплоноситель и регулируют температуру и качество теплоносителя и воды, обеспечивая вскипание воды в забое и проникновение тепловой волны в стенку трубы на глубину не более ее толщины.

Устройство для осуществления этого способа включает источники давления воды и газового теплоносителя, трубу, подогреватели с регулятором и переключателем потоков, причем подогреватели установлены на выходе источников давления газового теплоносителя и воды, которые соединены с входом переключателя, выход которого соединен с трубой.

Недостатки этого способа и устройство для его осуществления заключается в следующем:
- тепловой обработке подвергается призабойная зона нагнетательной скважины, а не нефтедобывающей;
- большой расход тепловых и энергетических ресурсов, так как подогрев теплоносителя осуществляется на поверхности и при закачке большое количество тепла затрачивается на прогревание всей колонны труб, столба жидкости в скважине, обсадной колонны скважины;
- большие потери энергетических и трудовых ресурсов на создание давления мощными агрегатами на поверхности для закачки газов и воды в пласт;
- отсутствует возвратно-поступательное перемещение газожидкостной смеси, то есть полоскание и очистка призабойной зоны пласта, извлечение и вынос на поверхность продуктов обработки.

Все эти недостатки обусловлены конструкцией и недостатками устройства для осуществления вышеуказанного способа.

Известен забойный пульсатор давления (А. С. СССР N 1456540, N 1667436), содержащий цилиндрический корпус с радиальными каналами и кольцевыми перегородками, верхний и нижний переходники, установленный в корпусе составной полый шток с радиальными каналами, наружным поршнем и внутренней перегородкой между радиальными каналами. Это устройство обеспечивает бародинамическое воздействие на пласт созданием многократных дисперсией и репрессий и интенсивную очистку призабойной зоны пласта от глинистых частиц, песка и гидратов.

Недостатком этого устройства является трудность выноса в процессе бародинамического воздействия (многократной имплозии и репрессии) из призабойной зоны пласта отложений парафина, смол и асфальтенов, имеющих высокую вязкость и адгезию к поверхности пор породы, что приводит к недостаточному очищению пор пласта в призабойной зоне от накопившихся загрязнений.

Известны способ и устройство (прототип) для обработки призабойной зоны скважин (патент РФ N 2075597, кл. 6 E 21 B 43.25).

Способ термобарообработки нефтяного пласта включает спуск в скважину оборудования, поджиг заряда термогазоисточника, образование горячих газов и прогрев жидкости в призабойной зоне пласта образующимися горячими газами, закачку теплоносителя в пласт, создание депрессии и репрессии на забое.

Устройство для осуществления этого способа содержит герметичную воздушную камеру с атмосферным давлением и термогазоисточник с электроприводом. Термогазоисточник размещен в приемной камере и представляет собой сгораемый твердый композиционный материал, состоящий из двух частей, причем первая часть обращена к воздушной имплозионной камере и сформирована из прочной конструкции с малым выделением газа, а вторая часть сформирована из газогенерирующей композиции.

Устройство работает следующим образом.

Герметичную воздушную (имплозионную) камеру с термогазоисточником спускают на кабель-тросе в скважину так, чтобы термогазоисточник установился напротив обрабатываемого пласта. С устья скважины через кабель-трос подается электрический импульс на воспламенитель термогазоисточника, заряд которого сгорает и образует газообразные продукты и давление в области интервала обработки. Под действием давления газы проникают в поры и трещины призабойной зоны пласта, расплавляя парафиновые и асфальтовые отложения. После сгорания первой и второй части заряда раскрываются приемная и имплозионная камеры, в которые устремляется поток скважинной жидкости, в результате в забое снижается давление, приводящее к выносу парафиновых и асфальтеновых отложений из призабойной зоны скважин.

Недостатки этого способа и устройства заключаются в следующем:
- низкая эффективность обработки из-за слабого прогрева призабойной зоны пласта термогазоисточником, так как прогрев осуществляют без изоляции пласта пакером от верхней скважины, поэтому прогреваемый объем слишком велик;
- низкая эффективность обработки из-за малого объема имплозионной камеры и единичное создание депрессии (имплозии);
- отсутствует возвратно-поступательное перемещение газожидкостной смеси, то есть полоскание, прогрев и расплавление парафиновых и асфальтеносмолистых веществ в наибольшем радиусе призабойной зоны пласта и ее очистки;
- отсутствует интенсивное извлечение из пласта, вынос и отбор в имплозионную камеру продуктов обработки из-за низкой и единичной имплозии (депрессии);
- отсутствует испытание пласта для определения его гидродинамических параметров и эксплуатационных возможностей скважины.

Целью изобретения является резкое увеличение эффективности обработки за счет увеличения радиуса прогрева призабойной зоны пласта, увеличения объема имплозионной камеры практически на глубину скважины, многократного создания имплозии (депрессий) и репрессий и полоскания горячей газожидкостной смесью наибольшего радиуса призабойной зоны пласта, извлечения из пласта и отбора парафинистых и асфальтеносмолистых веществ, песка и глинистых частиц в имплозионную камеру и грязесборную емкость созданием длительной депрессии на пласт, испытания пласта для определения его гидродинамических характеристик и обеспечения правильного режима эксплуатации скважины.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе для термобарического воздействия на нефтяной пласт, включающем спуск в скважину оборудования, поджиг заряда термогазоисточника, образование горячих газов и прогрев жидкости в призабойной зоне пласта образующимися горячими газами, закачку теплоносителя в пласт, создание депрессий и репрессий на забое, в отличие от прототипа, во-первых, в состав оборудования включают забойный пульсатор давления, изолируют пласт пакером и клапаном забойного пульсатора давления, образование горячих газов и прогрев жидкости в призабойной зоне пласта термогазоисточником осуществляют в замкнутом ограниченном объеме забоя скважины, в качестве теплоносителя используют горячую газожидкостную смесь, которую задавливают в пласт под действием давления, создаваемого в замкнутом ограниченном объеме забоя скважины, при сгорании заряда термогазоисточника, во-вторых, производят полоскание призабойной зоны пласта горячей газожидкостной смесью периодическим многократным созданием кратковременных депрессий и репрессий, в-третьих, созданием длительной глубокой дисперсии извлекают из призабойной зоны пласта продукты воздействия и очистки, отбирают их в имплозионную камеру и грязесборную емкость и поднимают на поверхность.

Предлагаемый способ осуществляется устройством для термобародинамического воздействия на нефтяной пласт, содержащим герметичную воздушную имплозионную камеру с атмосферным давлением и термогазоисточник с электроподводом, в отличие от известного оно снабжено:
1) забойным пульсатором давления, грязесборной емкостью, циркуляционным клапаном, электроконтактным устройством, пакером с якорем, фильтром, патрубком с электроконтактным наконечником и изолированным проводом во внутренней полости, причем патрубок герметично закреплен в перегородке между двумя рядами радиальных каналов штока забойного пульсатора давления и коаксиально зафиксирован в его муфте с помощью центратора с проходными продольными отверстиями для потока жидкости;
2) дополнительным якорем, который установлен над пакером и препятствует перемещению оборудования вверх по обсадной колонне;
3) регулируемым на определенное давление срабатывания предохранительным клапаном, установленным между забойным пульсатором давления и дополнительным якорем;
4) грязесборной емкостью, установленной под термогазоисточником для сбора оседающих продуктов обработки и очистки для последующего подъема на поверхность.

Изобретение представлено чертежами, где на фиг. 1 показана схема компоновки устройства для термобародинамического воздействия на нефтяной пласт; на фиг. 2 - верхняя часть забойного пульсатора; на фиг. 3 - нижняя часть забойного пульсатора давления; на фиг. 4, 5 - схема выполнения элементов забойного пульсатора давления; на фиг. 6 - открытое положение клапана забойного пульсатора давления; на фиг. 7 - закрытое положение клапана.

Устройство включает (фиг. 1) забойный пульсатор давления 1, герметичную воздушную имплозионную камеру 2, состоящую из насосно-компрессорных труб (НКТ) до устья скважины, патрубок 3, пакер 4 с якорем 5, циркуляционный клапан 6, электроконтактное устройство, состоящее из розетки 7 с грузом 8 и наконечником 9, фильтр 10 и термогазоисточник 11 с электроподводом 12 и 13. Устройство снабжено дополнительным якорем 14, предохранительным клапаном 15 и грязесборной емкостью 16.

Способ термобародинамического воздействия на нефтяной пласт включает следующие технологические операции:
1) сбоку и спуск оборудования в скважину (см. фиг. 7) в следующей последовательности (снизу вверх): грязесборная емкость 16 из НКТ, термогазоисточник 11 с электроподводом 12, 13, фильтр 10, якорь 5, патрубок 3, пакер 4, якорь 14, предохранительный клапан 15, забойный пульсатор давления 1 со стандартным электроконтактным наконечником 9, одна НКТ 2, циркуляционный клапан 6, НКТ 2 до устья скважины (имплозионная камера);
2) установка якоря 5 и пакета 4 для перекрытия скважины и изоляции пласта, при этом трехпозиционный клапан забойного пульсатора давления 1 остается закрытым (см. фиг. 1), то есть пласт 18 изолирован от внутренней полости НКТ (имплозионной воздушной камеры);
3) спуск в полость НКТ геофизического кабеля 19 со стандартной электроконтактной розеткой 7 и грузом 8;
5) прогрев и закачка теплоносителя в пласт, при этом образование горячих газов и прогрев жидкости, задавливание горячей газожидкостной смеси в пласт производится под действием давления, создаваемого в замкнутом ограниченном объеме забоя скважины при сгорании заряда термогазоисточника;
6) срабатывание дополнительного якоря 14 под действием образовавшегося давления для предотвращения перемещения оборудования вверх по обсадной колонне 17;
7) сбрасывание излишнего давления через предохранительный клапан 15;
8) полоскание призабойной зоны пласта 18 горячей газожидкостной смесью периодическим многократным созданием кратковременных депрессий и репрессий в забое скважины с помощью забойного пульсатора давления;
9) создание длительной, глубокой депрессиии и извлечение из призабойной зоны пласта продуктов воздействия и очистки, отбор их в имплозионную камеру 2 и грязесборную емкость 16;
10) испытание пласта для определения гидродинамических параметров пласта;
11) подъем оборудования из скважины.

Создание депрессий и репрессий в забое скважины и испытание пласта осуществляется забойным пульсатором давления, конструктивная схема которого показана на фиг. 2 и 3.

Забойный пульсатор давления включает составной полый шток, состоящий из нижнего 20, среднего 21 и верхнего 22 полуштоков, верхний переходник 23, составной корпус из элементов 24, 25, 26, 27, 28 и нижний переходник 29, пружину 30, шпонки 31, кожух 32, пробки 33 в корпусе 34 и внутренней перегородке подуштока 20. В корпусном элементе 25 установлена втулка 35 с кулачковым выступом 36 и штифтом 37 с возможностью поворота вокруг оси. Продольное перемещение втулки 35 строго ограничено гильзой 38 и выступом 39 корпуса 25. Полушток 20 выполнен с кулачковым выступом 40 и фигурными пазами 41, 50, 51, 52 (см. фиг. 2, 5) и имеет радиальные каналы 47, а корпус 28 - радиальные каналы 48. Уплотнение подвижных и неподвижных соединений осуществлено стандартными резиновыми кольцами круглого сечения 49. Устройство снабжено патрубком 53 с электроконтактным наконечником 54 с изолированным проводом 57 во внутренней полости, причем патрубок 53 герметично закреплен гайкой 55 в перегородке 43, 44 штока 20 и коаксиально зафиксирован в муфте 23 с помощью центратора 56 с проходными продольными отверстиями для протока жидкости.

Устройство работает следующим образом.

Устройство в растянутом положении разобщения радиальных каналов 43 и 44 (фиг. 2, 3) полуштока 20 и совмещения радиальных каналов 45 и 48 устанавливается в компоновке (см. фиг. 1) оборудования и на трубах опускается в скважину до заданной глубины. Производится пакерование (установка пакера). При этом шпонки 31 обеспечивают передачу вращательного движения через элементы 24, 25, 26, 27 и 28 составного корпуса и переходник 29 байтового замка якоря и его установки. При создании сжимающей нагрузки на пакер переходник 23 и соединенные с ним полуштоки 20, 21, 22 перемещаются вниз относительно составного корпуса, сжимая пружину 30. Радиальные каналы 45 полуштока 20 разобщаются с радиальными каналами 48 корпуса 28, а радиальные каналы 43 полуштока 20, перемещаясь вниз, выходят за уплотнения 49 корпуса 27 и сообщаются с радиальными каналами 44 (см. фиг. 6). Поскольку продольное перемещение втулки 35 ограничено, а вращение составного штока в корпусе ограничено шпонкой 31, то при перемещении полуштока 20 вниз штифт 37 втулки 35 проходит продольный паз 41 (см. фиг. 5), затем угловой паз 50 и продольный паз 51. При прохождении углового паза 50 по штифту 37 втулка 35 поворачивается вокруг своей оси на некоторый угол.

В этом положении устройства пласт (подпакерное устройство) сообщается с внутритрубным пространством, давление P₁ в полости труб над коробкой 34 выравнивается с давлением P₂ под пульсатором и на пласт создается депрессия (открытый период испытания приток пластового флюида). Через 3-5 минут натяжением колонны труб с поверхности перемещают переходник 23 и полуштоки 20, 21, 22 вверх относительно составного корпуса. При этом сначала по штифту 37 проходит продольный паз 51 (см. фиг. 5), затем проходит угловой паз 52, одновременно поворачивая втулку 35 вокруг своей оси на некоторый угол, а потом штифт 37 попадает в продольный паз 41. Но полного растяжения устройства не происходит, так как кулачковый выступ 40 полуштока 20 упирается на кулачковый выступ 36 втулки 35 (см. фиг. 7), что препятствует дальнейшему перемещению составного штока вверх относительно составного корпуса.

При этом положении устройства радиальные каналы 43 и 44 полуштока 20 разобщены. Разобщены также радиальные каналы 45 полуштока 20 с радиальными каналами 48 корпуса 28 (см. фиг. 7). Давление P₂ под пульсатором постепенно выравнивается с пластовым давлением и происходит закрытый период испытания - восстановление пластового давления. При натяжении колонны труб для перемещения переходника 23 и полуштока 20, 21, 22 относительно составного корпуса снятие пакера с места (распакеровка) не происходит из-за гидравлической неуравновешенности за счет разности давлений P₁ над поршнем 46, действующим через радиальные каналы 42, и P₃ под поршнем 46, действующим через радиальные каналы 47 корпуса 26, а также за счет силы упругости пружины 30.

Через 25-30 минут снова опускают колонну труб и создают сжимающую нагрузку на забойный пульсатор давления. Переходник 4 и полуштоки 20, 21, 22 перемещаются вниз относительно составного корпуса. При этом по штифту 37 втулки 35 проходит часть продольного паза 41, затем угловой паз 50 и продольный паз 51 (см. фиг. 5). Втулка 35 снова поворачивается на некоторый угол вокруг своей оси.

При этом положении устройства радиальные каналы 45 полуштока 20 разобщаются с радиальными каналами 48 корпуса 28, а радиальные каналы 43 полуштока 20 сообщаются с радиальными каналами 44 (см. фиг. 6). На пласт снова создается депрессия. Через 2-3 минуты натяжением колонны труб с поверхности осуществляют полное растяжение устройства. При этом радиальные каналы 46 полуштока 20 разобщаются с радиальными каналами 44, а радиальные каналы 45 полуштока 20 сообщаются с радиальными каналами 48 корпуса 28 (см. фиг. 2, 3). Давление P₂ под пульсатором выравнивается с давлением P₃ за корпусом и на пласт создается репрессия.

Сжатие и растяжение пульсатора давления, то есть создание депрессий и репрессий повторяют до тех пор, пока втулка 35 повернется вокруг своей оси на 360^o, и при перемещении системы штоков вверх относительно составного корпуса кулачковый выступ 40 полуштока 20, упираясь на кулачковый выступ 36 втулки 35, будет препятствовать дальнейшему перемещению составного штока вверх относительно составного корпуса. В этом положении устройства (см. фиг. 7) радиальные каналы 45 полуштока 20 разобщены с радиальными каналами 44, а радиальные каналы 45 полуштока 20 разобщены с радиальными каналами 48 корпуса 28. Давление P₂ под пульсатором постепенно выравнивается с пластовым давлением и снова происходит закрытый период испытания - восстановление пластового давления.

Снабжение забойного пульсатора давления патрубком с электроконтактным наконечником и изолированным проводом в его внутренней полости, герметичное закрепление патрубка в перегородке между двумя рядами радиальных каналов штока 20 забойного пульсатора давления, коаксиальное фиксирование патрубка 23 с помощью центратора с проходными продольными отверстиями для протока жидкости обеспечивает комплексирование способа термовоздействия на нефтяной пласт со способом бародинамического воздействия за один рейс оборудования в скважину, что резко повышает эффективность по увеличению производительности нефтедобывающих скважин.

Используется для обработки призабойной зоны пласта нефтедобывающих скважин. Осуществляют образование горячих газов и прогрев жидкости в призабойной зоне пласта термогазоисточником в замкнутом ограниченном объеме забоя скважины. Горячую газожидкостную смесь задавливают в пласт под действием давления, создаваемого в замкнутом ограниченном объеме забоя скважины при сгорании заряда термогазоисточника. Производят полоскание призабойной зоны пласта горячей газожидкостной смесью периодическим многократным созданием кратковременных депрессий и репрессий в забое. Созданием длительной глубокой депрессии извлекают из призабойной зоны пласта продукты воздействия и очистки, отбирают их в имплозионную камеру и грязесборную емкость и поднимают на поверхность. Устройство снабжено патрубком с электроконтактным наконечником и изолированным проводом во внутренней полости. Патрубок герметично закреплен в перегородке между двумя рядами радиальных каналов штока забойного пульсатора давления и коаксильно зафиксирован в его муфте с помощью центратора с проходными продольными отверстиями для протока жидкости. Устройство снабжено дополнительным якорем, который установлен над пакером и препятствует перемещению оборудования вверх по обсадной колонне. Предохранительный клапан регулируется на определенное давление срабатывания и устанавливается между забойным пульсатором давления и дополнительным якорем. Грязесборная емкость установлена под термогазоисточником для сбора оседающих продуктов обработки и очистки для последующего подъема на поверхность. Повышается производительность скважин. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ термобародинамического воздействия на нефтяной пласт, включающий спуск в скважину оборудования, поджиг заряда термогазоисточника, образование горячих газов и прогрев жидкости в призабойной зоне пласта образующимися горячими газами, закачку теплоносителя в пласт, создание депрессий и репрессий на забое, отличающийся тем, что в состав оборудования включают забойный пульсатор давления, изолируют пласт пакером и клапаном забойного пульсатора давления, образование горячих газов и прогрев жидкости в призабойной зоне пласта термогазоисточником осуществляют в замкнутом ограниченном объеме забоя скважины, в качестве теплоносителя используют горячую газожидкостную смесь, которую задавливают в пласт под действием давления, создаваемого в замкнутом ограниченном объеме забоя скважины при сгорании заряда термогазоисточника. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят полоскание призабойной зоны пласта горячей газожидкостной смесью периодическим многократным созданием кратковременных депрессий и репрессий. 3. Способ по одному из пп.1 и 2, отличающийся тем, что созданием длительной глубокой депрессии извлекают из призабойной зоны пласта продукты воздействия и очистки, отбирают их в имплозионную камеру и грязесборную емкость и поднимают на поверхность. 4. Устройство для термобародинамического воздействия на нефтяной пласт, содержащее имплозионную камеру с атмосферным давлением и термогазоисточник с электроприводом, отличающееся тем, что оно снабжено забойным пульсатором давления, грязесборной емкостью, циркуляционным клапаном, электроконтактным устройством, пакером с якорем, фильтром, патрубком с электроконтактным наконечником и изолированным проводом во внутренней полости, причем патрубок герметично закреплен в перегородке между двумя рядами радиальных каналов штока забойного пульсатора давления и коаксиально зафиксирован в его муфте с помощью центратора с проходными продольными отверстиями для потока жидкости. 5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что снабжено дополнительным якорем, который установлен над пакером и препятствует перемещению оборудования вверх по обсадной колоне. 6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно снабжено регулируемым на определенное давление срабатывания предохранительным клапаном, установленным между забойным пульсатором давления и дополнительным якорем. 7. Устройство по одному из пп.4 - 6, отличающееся тем, что оно снабжено грязесборной емкостью, установленной под термогазоисточником для сбора оседающих продуктов обработки и очистки для последующего подъема на поверхность.