СПОСОБ РАЗРЫВА ПЛАСТА ДАВЛЕНИЕМ Российский патент 2002 года по МПК E21B43/263 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам разрыва пласта давлением газообразных продуктов горения с целью возбуждения скважин.

Одним из рациональных методов возбуждения скважин является сжигание в районе зоны перфорации скважин горючих композиций. Горение композиций сопровождается образованием газообразных продуктов и повышением давления. При давлении, близком или превышающем горное, происходит разрыв пласта и образование в нем трещин, что улучшает гидродинамическую связь пласта со скважиной.

Известен способ разрыва пласта давлением газов, образующихся при сжигании в скважине твердой композиции - порохового заряда [пат. США 3422760, кл. 102-21.6, 1969] . Заряд поджигают от электрического источника, расположенного на поверхности.

Недостатком способа является возможность перехода горения порохового заряда во взрыв, что может привести к разрушению скважины.

Известен [пат. РФ 2064576, МКИ Е 21 В 43/263, 1996] способ разрыва пласта, основанный на сжигании в скважине жидкой композиции - горюче-окислительного состава (ГОС), компоненты которого предварительно перемешаны, а средством его воспламенения служит пороховой заряд. В качестве ГОС используют водные растворы аммиачной селитры с различными горючими добавками.

Недостатком способа является его взрывоопасность вследствие возможного перехода горения во взрыв как порохового заряда, так и ГОС.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ [пат. РФ 2153065, МКИ Е 21 В 43/24, 2000] , в котором для воспламенения ГОС используют химический инициатор - композиции на основе боргидридов щелочных металлов.

Взрывоопасность способа снижается за счет использования химического инициирования горения, что, однако, не исключает возможности перехода во взрыв горения самого ГОС.

Задачей изобретения является повышение взрывобезопасности работ при разрыве пласта давлением газообразных продуктов горения.

Указанная задача решается тем, что в способе разрыва пласта давлением газообразных продуктов горения, включающем размещение в районе перфорации скважины самовоспламеняющейся пары, состоящей из окислительного состава, содержащего водный раствор аммиачной селитры, и горючего, заключенного в герметичный контейнер с размещением последнего в объеме, занимаемом окислительным составом, создание контакта между окислительным составом и горючим путем разрыва оболочки контейнера, приводящего к горению пары, согласно изобретению используют в качестве горючего алюмогидрид лития и/или натрия или его смесь с боргидридом лития и/или натрия, контейнер с которым размещают по оси скважины, а концентрация аммиачной селитры в указанном растворе составляет 50-70 мас. %, причем используют контейнер в виде гирлянды герметичных оболочек.

Обычно в известных ГОС используют окислитель и горючее, которые не составляют самовоспламеняющуюся пару, и предварительно смешивают их в жидкой фазе для получения однородного состава. Затем ГОС размещают в скважине и погружают в него средство воспламенения [пат. РФ 2064576, МКИ Е 21 В 43/263, 1996, пат. РФ 2153065, МКИ Е 21 В 43/24, 2000] . Следует подчеркнуть, что однородность состава ГОС после предварительного смешения обеспечивает его сгорание в скважине в течение нескольких секунд, что необходимо для достижения в процессе горения давления близкого к горному давлению.

Однако оказалось, что нестандартный подход к распределению твердого горючего - неоднородное его распределение в жидком окислительном составе, с которым горючее составляет самовоспламеняющуюся пару, обеспечивает в заявляемом способе время сгорания композиции также в течение нескольких секунд. Вместе с тем переход горения композиции во взрыв невозможен, поскольку время сгорания определяется диффузией жидкого окислительного состава к твердому горючему.

Известно использование в качестве средства воспламенения ГОС различных композиций, содержащих боргидрид лития и/или натрия [пат. РФ 2153065, МКИ Е 21 В 43/24, 2000, пат. РФ 2154733, МКИ Е 21 В 43/26, 2000] , но в этих системах боргидрид лития и/или натрия является компонентом системы, инициирующей горение ГОС, но не входит в состав основного горючего. Основное горючее предварительно смешивают с окислительным составом в жидкой фазе для получения ГОС с однородным распределением компонент.

Таким образом, эффект сгорания в течение нескольких секунд самовоспламеняющейся пары горючее-окислитель, используемой для разрыва пласта давлением газообразных продуктов горения, когда в качестве горючего используют алюмогидрид лития и/или натрия или его смесь с боргидридом лития и/или натрия, контейнер с которым размещают по оси скважины, а концентрация аммиачной селитры в указанном растворе составляет 50-70 мас. %, является неожиданным.

Изобретение осуществляют следующим образом:
- жидкий окислительный состав закачивают в район зоны перфорации скважины через насосно-компрессорную трубу (НКТ);
- горючее в виде твердой фазы, заключенной в герметичную оболочку, погружают в окислитель также через НКТ;
- создают контакт между окислителем и горючим;
- происходит самовоспламенение и в течение нескольких секунд протекает горение.

Конструкции, с помощью которых можно осуществить погружение в окислитель оболочки с горючим, известны, они не являются предметом изобретения и поэтому в материалах заявки не раскрыты.

В заявляемом способе горение сопровождается значительным энерговыделением - 1,6-3,9 МДж/кг, что сопоставимо с теплотой сгорания различных ГОС - 1,5-3,5 МДж/кг. Подобное энерговыделение способно вызвать масштабные разрывы пласта, однако в отличие от способов с использованием ГОС заявляемый способ разрыва пласта является взрывобезопасным.

При использовании окислительного состава, содержащего аммиачную селитру в количестве меньшем, чем 50 мас. %, энерговыделение при горении недостаточно для эффективного воздействия на пласт.

Окислительный состав, содержащий аммиачную селитру в количестве большем, чем 70 мас. %, способен к автономному горению, что делает его взрывоопасным.

Способ иллюстрирует следующие экспериментальные данные.

Примеры 1-3. В цилиндр модельной установки объмом 1 л, выдерживающий давление до 600 МПа и нагретый до 60^oС, вводят нагретый до той же температуры окислительный состав в виде водного раствора, содержащего аммиачную селитру в количестве 60 мас. %. Затем азотом в установке создают начальное давление, равное 15 МПа. Начальные температуру и давление в установке выбирают как типичные для района зоны перфорации скважин. После этого по оси цилиндра в окислительный состав вводят горючее в виде таблеток, полученных путем прессования горючего, масса таблеток составляет 10 г. Создание контакта между горючим и окислительным составом приводит к возникновению горения, время горения определяют по регистрации нарастания давления. Состав горючего в каждом из экспериментов и соответствующие времена горения приведены в таблице.

Данные таблицы показывают, что времена горения составляют 1,8-2,8 с в зависимости от содержания алюмогидрида натрия в горючем.

Пример 4. Для возбуждения вводимой в эксплуатацию нефтяной скважины с интервалом перфорации 2858-2862 м вначале через НКТ в район перфорации закачивают водный раствор, содержащий аммиачную селитру в количестве 60 мас. %. Масса окислительного состава в зоне перфорации составляет 66 кг. Затем также через НКТ в раствор окислителя погружают с помощью геофизического кабеля контейнер в виде гирлянды герметичных оболочек в форме цилиндров, содержащих горючее, в качестве которого используют 2 кг смеси, состоящей из 1,8 кг боргидрида натрия и 0,2 кг алюмогидрида натрия. Гирлянду с горючим размещают по оси скважины. Разрыв оболочек контейнера, снабженных детонационным шнуром, осуществляют обычным образом: подают сигнал с пульта управления на инициирующий патрон, который активирует детонационный шнур. В результате разгерметизации оболочки горючее и окислитель вступают в контакт, что приводит к воспламенению и горению композиции в течение 3 с; максимальное давление при горении 61 МПа.

После обработки дебит скважины составил 12 м³/сутки, при проектном (без обработки) дебите 5-8 м³/сутки.

Помимо приведенных выше примеров изобретения возможны также и другие варианты осуществления способа в рамках изобретения.

В некоторых вариантах изобретения в качестве горючего в самовоспламеняющейся паре используют смесь алюмогидрида натрия с алюмогидридом и/или боргидридом лития.

В других вариантах изобретения в качестве горючего в самовоспламеняющейся паре используют алюмогидрид лития или смесь его боргидридом натрия и/или лития.

Изобретение характеризуется следующими пунктами формулы изобретения.

Способ относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам разрыва пласта давлением газообразных продуктов горения с целью возбуждения скважин. Техническим результатом является повышение взрывобезопасности работ при разрыве пласта давлением газообразных продуктов горения. В способе разрыва пласта давлением газообразных продуктов горения, включающем размещение в районе перфорации скважины самовоспламеняющейся пары, состоящей из окислительного состава, содержащего водный раствор аммиачной селитры, и горючего, заключенного в герметичный контейнер, с размещением последнего в объеме, занимаемом окислительным составом, создание контакта между окислительным составом и горючим путем разрыва оболочки контейнера, приводящего к горению пары, используют в качестве горючего алюмогидрид лития и/или натрия или его смесь с боргидридом лития и/или натрия, контейнер с которым размещают по оси скважины, а концентрация аммиачной селитры в указанном растворе составляет 50-70 мас. %. Причем используют контейнер в виде гирлянды герметичных оболочек. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ разрыва пласта давлением газообразных продуктов горения, включающий размещение в районе перфорации скважины самовоспламеняющейся пары, состоящей из окислительного состава, содержащего водный раствор аммиачной селитры, и горючего, заключенного в герметичный контейнер, с размещением последнего в объеме, занимаемом окислительным составом, создание контакта между окислительным составом и горючим путем разрыва оболочки контейнера, приводящего к горению пары, отличающийся тем, что используют в качестве горючего алюмогидрид лития и/или натрия или его смесь с боргидридом лития и/или натрия, контейнер с которым размещают по оси скважины, а концентрация аммиачной селитры в указанном растворе составляет 50-70 мас. %. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют контейнер в виде гирлянды герметичных оболочек.