ЗАРЯД БЕСКОРПУСНЫЙ СЕКЦИОННЫЙ ДЛЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ Российский патент 2002 года по МПК E21B43/263 

Предлагаемое изобретение относится к средствам для добычи нефти.

Одним из рациональных и эффективных методов воздействия на прискважинную зону продуктивного пласта с целью установления надежной гидродинамической связи скважины с пластом является разрыв пласта продуктами горения порохового заряда. Под воздействием давления жидкости и газа, равного или превышающего горное, горные породы необратимо деформируются. Способ разрыва пласта пороховыми газами основан на механическом, тепловом и химическом воздействии газов на горные породы и насыщающие их флюиды. С целью разрыва пласта и термогазохимического воздействия на его прискважинную зону применяют пороховые генераторы давления ПГД. БК-100М, ПГД.БК-150 и аккумуляторы давления АДС-5 [1].

Известны - пороховые аккумуляторы давления АДС-5 и АДС-6, различающиеся конструкцией порохового заряда. Пороховой заряд АДС-5 - бесканальный. Аккумулятор давления АДС-6 состоит из воспламеняющих и сгорающих пороховых зарядов. Пороховые заряды не имеют герметичной оболочки и находятся в контакте со скважинной жидкостью. На боковой поверхности пороховых зарядов находятся диаметрально противоположные пазы, куда укладывают стальной канат, предназначенный для сборки и спуска гирлянды пороховых зарядов в скважину. С целью предохранения от ударов и трения об обсадную колонну пороховые заряды в нижней части снабжены поддоном, в верхней - обоймой. Нижняя обойма служит для установки нижнего порохового заряда [2].

Аккумуляторы давления типа АДС медленногорящие и не создают давлений, превышающих горное, а используются для термогазохимической обработки пласта.

Известно устройство для разрыва пласта - генератор давления ПГД.БК-150 [3] . Заряд газогенератора, состоящий из нескольких соединенных между собой пороховых секций заряда, имеющих цилиндрическую форму с центральным каналом круглого сечения, смонтирован на опорной трубе из алюминиевого сплава. Резьбы и проточки на концах опорной трубы позволяют соединять между собой необходимое число секций порохового заряда с помощью штуцеров. Внутри опорных труб размещены пиротехнические воспламенители. В нижней части опорная труба загерметизирована заглушкой и закреплена наконечником, в верхней - кабельной головкой однократного использования с опорной шайбой. В головке расположен пиропатрон, уплотнительные детали, наконечник, прокладка. По всей поверхности заряд покрыт защитным покрытием - гидроизоляционным составом, а по наружной боковой поверхности - дополнительным покрытием, предохраняющим заряд от трения и ударов о колонну.

Генератор работает следующим образом. При подаче по кабелю электрического импульса срабатывает пиропатрон, который поджигает пусковые воспламенители, расположенные в каналах всех опорных труб. Образующиеся продукты сгорания пусковых воспламенителей прожигают стенки труб и воспламеняют пороховые заряды по поверхности, находящиеся в контакте с трубами.

Использование этих устройств не всегда дает положительный эффект. Это связано с тем, что защитное покрытие, соединительные узлы, опорные трубы остаются в скважине, что ведет к засорению скважины. При небольшой глубине забоя от зоны перфорации необходима дополнительная очистка скважины для повторного вскрытия пласта и установки насоса. Имеет место перехлест кабеля. За время горения заряда столб жидкости поднимается на 15-20 метров, что может привести к разрушению обсадной колонны из-за перепада давления в скважине и заколонном пространстве, превышающей ее прочность. В устройстве не предусмотрено измерение характеристик режима работы заряда и реакции призабойной зоны на газодинамическое воздействие.

В качестве прототипа выбрано устройство ПГД.БК -100 М [4]. Бескорпусный секционный пороховой заряд на геофизическом кабеле, включающий пороховые секции, изготовленные из твердого ракетного топлива: одной воспламенительной секции и пяти основных секций заряда, установленные вплотную друг к другу. В каждой секции заряда имеется центральный канал. В воспламенительной секции заряда диаметр канала больше, чем в основных секциях. В качестве воспламенительной секции заряда используют опорную трубу с пиротехническими воспламенителями. В верхней части труба загерметизирована кабельной головкой, к которой прикреплен геофизический кабель с надетыми на него двумя основными секциями заряда с верхним наконечником. В нижней части труба загерметизирована заглушкой с прикрепленным к ней тросом, на который, вплотную к воспламенительной секции, надевают три основных секции заряда. В нижней части заряда имеется наконечник, закрепленный гайкой. Горение заряда происходит с канала. Боковая поверхность заряда имеет защитное покрытие, предохраняющее заряд от трения и ударов о колонну. Для регистрации максимального давления, создаваемого в скважине пороховым генератором, на расстоянии 10 м от верхнего торца генератора к кабелю прикрепляют крешерный прибор. Значение созданного давления находят по специальной таблице, прилагаемой к каждой партии крешерных столбиков в зависимости от степени обжатия столбика.

Генератор работает следующим образом. При подаче по кабелю электрического импульса срабатывает пиропатрон, который поджигает пусковые воспламенители, расположенные в канале опорной трубы. Образующиеся продукты сгорания пусковых воспламенителей прожигают стенки труб и поджигают воспламенительную секцию заряда. Продукты горения воспламенительного заряда поджигают основные заряды. Горение заряда идет от центрального канала.

Использование этих устройств не всегда дает положительный эффект. Это связано с тем, что заряды собраны на геофизическом кабеле, в местах стыка зарядов при их горении происходит перегрев и разрыв каротажного кабеля, секции заряда разъединяются, что может привести к аварийной ситуации. Кроме того, прототип имеет все недостатки, что и ПГД.БК-150. Использование крешерного прибора не дает полной характеристики работы заряда, так как не обеспечивает точности получения изменения давления при горении быстрогорящих зарядов. Использование блоков электроники, позволяющих провести измерения, приводит к тому, что элементы электроники и провода, соединяющие блок электроники с каротажным кабелем, не выдерживают высоких температур, давления, которые наблюдаются при горении заряда.

Предлагается заряд бескорпусный секционный для газодинамического воздействия на пласт (фиг.1), включающий узел воспламенения 1, оснастку и пороховые секции заряда, изготовленных из составов, которые обеспечивают горение в водной, водонефтяной, кислотной среде, например из баллиститного ракетного твердого топлива. Одна или несколько пороховых секций воспламенительные 2, а остальные, возгорающиеся от нее - основные 3. На торце воспламенительной пороховой секции в канавке 4 размещен узел воспламенения 1, соединенный с проводом питания.

Оснастка включает детали для сбора пороховых секций заряда, пропущенных через центральный канал каждой пороховой секции и деталей, обеспечивающих стягивание пороховых секций вплотную друг к другу. Оснастка включает составную штангу 5. Штанга должна сохранять целостность при воздействии механических и тепловых нагрузок при спуско-подъеме заряда и при его горении, поэтому она изготовлена из материала, позволяющего выполнять эти условия, например из металла. Штанга состоит из составной несущей части 6 и соединительных частей 7, 8. Составная несущая часть штанги пропущена через центральный канал каждой секции заряда, через рассеиватель 9 для газового потока, образующегося при горении заряда, через компенсатор линейного расширения 10 пороховых секций заряда.

Длина несущей части штанги подбирается в зависимости от количества пороховых секций заряда, необходимых для осуществления газодинамического воздействия на конкретной скважине. Поэтому несущая часть штанги выполнена составной, чтобы легко менять длину штанги при работе на скважине.

Верхняя 7 и нижняя 8 соединительные части штанги присоединены к обеим концам составной несущая части штанги 6. Причем конфигурация верхней соединительной части штанги рассчитана так, чтобы уменьшить турбулентность газового потока, поднимающегося вверх, и снижения тепловой нагрузки на геофизический кабель. Верхняя часть верхней соединительной штанги 7 присоединена к каротажному кабелю 11, а нижняя - к электронному блоку измерения характеристик режима работы заряда и реакции призабойной зоны пласта на газодинамическое воздействие 12.

Соединение верхней 7 и нижней 8 соединительных частей штанги с составной несущей частью 6 штанги осуществлено посредством муфт 13. Муфты предназначены также для стягивания пороховых секций заряда, чтобы исключить их перемещение относительно несущей части штанги во время спуска и горения заряда. Они изготовлены обтекаемой формы, обеспечивающей минимальную турбулентность восходящих и нисходящих потоков при горении заряда. Между пороховыми секциями заряда установлены предохранительные центрирующие кольца, изготовленные из пластичного материала, что исключает механические повреждения секций в местах их соприкосновений. Кольца изготовлены таким образом, чтобы не менялась динамика горения. Муфты 13 и предохранительные центрирующие кольца имеют диаметр, превышающий диаметр пороховых секций заряда, чтобы секции заряда не касались стенок обсадной колонны.

И составная штанга 6 и муфты 13 имеют внутри полый канал, проходящий вдоль их центральной оси. Полые каналы штанги и муфт образуют внутреннюю полость 14 заряда. Внутри полости 14 заряда пропущен проводник 15 с термостойкой изоляцией, соединяющий электронный блок 12 с каротажным кабелем 11, а также провод питания 16 узла воспламенения 1, соединяющий каротажный кабель с узлом воспламенения.

Между нижней муфтой 13 и пороховыми секциями заряда находится рассеиватель 9 для отвода газового потока. Сумма проходных сечений отверстий рассеивателя 9 и их расположение рассчитана таким образом, чтобы обеспечивать минимальную механическую нагрузку на штангу и обеспечить максимальное воздействие горячего газа на пласт. Между верхней муфтой 13 и пороховыми секциями заряда находится компенсатор линейного расширения 10 пороховых секций заряда, который также выполняет функцию упругого поджатия заряда.

Такая сборка обеспечивает целостность конструкции при механических и температурных нагрузках в процессе горении заряда и его спуске в скважину.

Пороховые секции заряда не имеют защитного покрытия, поэтому горение заряда осуществляется по всей поверхности заряда. Конфигурация центрального канала имеет форму с развитой поверхностью горения, что обеспечивает заданное время горения и давление, необходимое для газодинамического разрыва пласта.

Внутренняя полость заряда может быть герметично изолирована от внешней среды и заполнена диэлектрическим материалом с низкой теплопроводностью, например парафином, воздухом и др. Для снижения теплового воздействия при горении заряда на проводник с термостойкой изоляцией и провод питания узла воспламенения поверхность полости покрыта термоизоляционным материалом.

Чтобы не нарушить герметичность внутренней полости заряда, провод питания узла воспламенения 1 от каротажного кабеля проходит по внутренней полости 14 заряда, через герметичный электроввод выходит из полости, присоединяется к узлу воспламенения 1.

Устройство работает следующим образом. Устройство опускают в интервал перфорации. Для привязки по глубине используется локатор муфт, находящийся в электронном блоке измерения характеристик режима работы заряда и реакции призабойной зоны на газодинамическое воздействие 12. По команде оператора с наземного пульта производят запуск устройства подачей электрического тока по геофизическому кабелю 12, по проводу питания 16 узла воспламенения на спираль узла воспламенения 1, а по проводнику 15 на электронный блок измерения характеристик режима работы заряда и реакции призабойной зоны на газодинамическое воздействие 12. При температуре разогрева спирали, превышающей температуру вспышки заряда, возгорается воспламенительная пороховая секции 2 (одна или несколько воспламенительных секций), от нее - примыкающие к ней основные пороховые секции 3, от которых возгораются остальные основные пороховые секции заряда. Горение происходит по наружной торцевой и внутренней поверхностям заряда. При горении заряда образуется большое количество горячих газов, которые заполняют обсадную колонну. В интервале его расположения повышается температура, давление, происходит движение высокотемпературных газовых потоков. Провод питания 16 и проводник 15 от геофизического кабеля проходят по внутренней полости 14 заряда. Это защищает их от механических повреждений в скважине, прямого воздействия на них горячих пороховых газов. Если внутренняя полость заряда герметично изолирована от внешней среды, то она защищает от попадания скважинной жидкости, которая может быть токопроводящей и оказывать влияние на работу электронного блока 9. Покрытие внутренней полости штанги термостойким изоляционным материалом и заполнение герметичной полости диэлектрическим материалом с низкой теплопроводностью обеспечивают дополнительную тепловую защиту проводам.

При повышении давления в интервале обработки в 1,5-1,8 раза выше горного (в зависимости от характеристик пласта) происходит газодинамический разрыв пласта с образованием трещиноватости в призабойной зоне пласта, перетоку скважинной жидкости и горячих газов в образовавшиеся трещины.

Контроль за работой устройства и оценку его воздействия на пласт осуществляют при помощи непрерывно регистрируемых графиков измерения параметров во времени (температуры, давления, виброакустических параметров и др.).

Таким образом, предлагаемый заряд позволяет, в отличие от многих зарядов, используемых при воздействии на пласт, осуществить газодинамическое воздействие с разрывом пласта, не нарушая целостность обсадной колонны и цементного камня. Применение предлагаемой оснастки заряда обеспечивает прочность заряда при механических и температурных нагрузках. Кроме того, оснастка не остается в скважине, а может использоваться повторно.

Использование измерительного блока позволяет осуществить контроль за работой устройства, временем горения заряда, оценить его воздействие на пласт. Так как измерительный блок помещен ниже обрабатываемого пласта, то на него оказывают меньшее влияние восходящие газовые потоки. Нет перехлеста кабеля. Так как измерительный блок прикреплен к штанге, позволяющей сохранять целостность при воздействии механических и тепловых нагрузок, например, металлической, а не на каротажном кабеле, то снижается вероятность его обрыва. Так как провода от каротажного кабеля к блоку измерения и к узлу воспламенения проходят по внутренней полости заряда, то они защищены от механических и температурных воздействий.

Использование данного устройства опробовано на скважинах. В результате работы скважины увеличили дополнительную добычу нефти. Впервые получены характеристики работы заряда на скважине в режиме реального времени. После проведения работы измерительный блок, оснастка были подняты из скважины и после их проверки использованы на другой скважине.

Список литературы
1. Прострелочно-взрывная аппаратура: Справочник/ Л.Я.Фридляндер, В.А.Афанасьев, Л.С.Воробьев и др.; Под ред. Л.Я.Фридляндера, - 2-е изд. Перераб. и доп. - М., Недра, 1990, Раздел 4. Пороховые генераторы и аккумуляторы давления. С.107-108.

2. Прострелочно-взрывная аппаратура: Справочник/ Л.Я.Фридляндер, В.А. Афанасьев, Л.С.Воробьев и др.; Под ред. Л.Я.Фридляндера, - 2-е изд. Перераб. и доп. - М., Недра, 1990, Раздел 4.2. Пороховые аккумуляторы давления. С. 112-114.

3. Прострелочно-взрывная аппаратура: Справочник/ Л.Я.Фридляндер, В.А. Афанасьев, Л.С.Воробьев и др.; Под ред. Л.Я.Фридляндера, - 2-е изд. Перераб. и доп. - М., Недра, 1990, Раздел 4.1. Пороховые генераторы давления. С.108.

4. Прострелочно-взрывная аппаратура: Справочник/ Л.Я.Фридляндер, В.А. Афанасьев, Л.С.Воробьев и др.; Под ред. Л.Я.Фридляндера, - 2-е изд. Перераб. и доп. - М. , Недра, 1990, Раздел 4.1. Пороховые генераторы давления. С. 109-112.

Использование: при эксплуатации нефтяных скважин. Обеспечивает создание бескорпусного заряда, позволяющего осуществить разрыв пласта, осуществить контроль за работой заряда в режиме реального времени. Сущность изобретения: устройство включает узел воспламенения, пороховые секции заряда, изготовленные из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде. Имеется одна или несколько пороховых секций - воспламенительные, от которых возгораются основные пороховые секции. Имеется оснастка деталями для сбора пороховых секций заряда, пропущенных через центральный канал каждой пороховой секции, и деталями, обеспечивающими стягивание пороховых секций вплотную друг к другу. Оснастка представляет собой составную штангу, изготовленную из прочного материала, например металла. Верхний конец штанги присоединен к каротажному кабелю, а нижний - к электронному блоку измерения характеристик режима работы заряда и реакции призабойной зоны на газодинамическое воздействие. Внутри штанги и внутри муфт, с помощью которых отдельные части штанги собираются в единую конструкцию, имеется полый канал, проходящий внутри штанги и муфт вдоль их центральной оси. Они образуют внутреннюю полость заряда, по которой пропущены проводник с термостойкой изоляцией, соединяющий электронный блок с каротажным кабелем и провод питания узла воспламенения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Заряд бескорпусный секционный для газодинамического воздействия на пласт, включающий узел воспламенения, пороховые секции заряда, изготовленные из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде, причем одна или несколько пороховых секций - воспламенительные, от которых возгораются основные пороховые секции, и оснастки, включающей детали для сбора пороховых секций заряда, пропущенных через центральный канал каждой пороховой секции, и деталей, обеспечивающих стягивание пороховых секций вплотную друг к другу, отличающийся тем, что оснастка представляет собой составную штангу, изготовленную из материала, позволяющего сохранять целостность при воздействии механических и тепловых нагрузок при спуско-подъеме заряда и при его горении, с полым каналом, проходящим внутри штанги вдоль ее центральной оси, состоящую из составной несущей части штанги, пропущенную через центральный канал каждой секции заряда, через рассеиватель для отвода газового потока, образующегося при горении заряда, компенсатор линейного расширения пороховых секций заряда при высоких температурах в скважине, и составных частей штанги, присоединенных к обоим концам составной несущей части штанги посредством муфт, обтекаемой формы для стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу, диаметр муфт превышает диаметр пороховых секций заряда и имеющих полый канал, проходящий внутри муфт вдоль их центральной оси, верхний конец верхней соединительной штанги присоединен к каротажному кабелю, а нижний конец нижней соединительной штанги - к электронному блоку измерения характеристик режима работы заряда и реакции призабойной зоны на газодинамическое воздействие, полые каналы штанги и муфт образуют внутреннюю полость заряда, внутри которой пропущен проводник с термостойкой изоляцией, соединяющий электронный блок с каротажным кабелем и провод питания узла воспламенения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя полость заряда герметично изолирована от внешней среды и заполнена диэлектрическим материалом с низкой теплопроводностью, поверхность полости покрыта термоизоляционным материалом. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что узел воспламенения соединен с каротажным кабелем проводом питания, пропущенным по внутренней полости заряда и выходящим из полости через герметичный электроввод.