ТЕРМОГАЗОГЕНЕРАТОР ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК E21B43/25 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для повышения нефтеотдачи низкодебитных нефтяных скважин путем термогазохимического воздействия на структуру пласта газами, генерируемыми специальным устройством - термогазогенератором.

Известны термогазогенераторы (патент 2124630 от 13.02.97, патент 2123591 от 18.06.96. , патент 2124121 от 22.10.96, заявка 97118505/03 от 27.10.97, "Справочник по прострелочно-взрывной аппаратуре" под редакцией Л. Я. Фридляндера, М.: Недра, 1983), используемые с указанной целью.

Однако они либо недостаточно эффективны, либо сложны конструктивно и, соответственно, дороги, либо могут эксплуатироваться в строго ограниченных температурно-временных пределах, то есть диапазон эксплуатации их ограничен глубиной и геотермальными условиями скважин.

Термогазогенераторы, близкие по химической природе снаряжающего материала предлагаемому, например пороховые генераторы давления (типа ПГД) и аккумуляторы давления для скважин (типа АДС), имеют недостаточную термостойкость (100-150^oС).

Наиболее близким по конструкции и технической сущности к заявленному объекту является термогазогенератор (патент 2124630 от 13.02.97) для обработки призабойной зоны нефтяных скважин, содержащий блок сгорающих элементов в сгораемом или несгораемом корпусе, воспламенитель, нагревательный элемент и узел крепления, а блок сгорающих элементов выполнен из материала, содержащего 50-75 мас. % горючего, в качестве которого применен порошок магния, или алюминия, или их сплав, и 19-40 мас.% окислителя (нитраты щелочных или щелочноземельных металлов) и 5-6 мас.% технологических добавок (смолы или их растворы в технических маслах).

Однако указанный прототип имеет ряд существенных недостатков. Использование в составе сгорающих элементов большого количества (до 75%) порошкообразных гидрореагирующих металлов (алюминий, магний и их сплав) значительно повышает опасность изготовления, хранения и эксплуатации изделий и приводит к существенному их удорожанию. Кроме того, эффективность термогазогенератора, снаряженного таким составом, значительно снижается из-за образующихся при окислении металлов твердых шлаков - окислов металлов и их солей, забивающих скважину и снижающих фильтрационные характеристики пласта. Так, например, при окислении 1 кг алюминия (или магния) образуется порядка 2 кг окислов. К тому же состав, приведенный в формуле прототипа, явно не сбалансирован по содержанию окислителя (до 40 мас.%), что приведет к неоптимальному выходу продуктов окисления - рабочих газов. В сбалансированных энергоемких материалах (порохах, топливах) содержание окислителя колеблется в пределах 65-85 мас.%.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эффективности термогазогенератора, расширение температурно-временного диапазона его эксплуатации, обеспечение простоты конструкции и технологии его изготовления, повышение безопасности изготовления и эксплуатации, снижение стоимости, то есть создание эффективного универсального термогазогенератора для эксплуатации в скважинах различной глубины с различными геотермальными условиями (до 220^oС) и способа его изготовления.

Технический результат достигается следующим образом:
- расширение температурно-временного диапазона эксплуатации устройства достигается тем, что твердотопливные шашки, из которых собирается термогазогенератор, готовятся из термостойкого пороха, содержащего 12-27 мас.% этиленпропиленового горючего связующего материала, 70-87 мас.% перхлоратного окислителя и 1-12 мас.% функциональных добавок;
- высокая эффективность обеспечивается низким содержанием, вплоть до полного отсутствия, твердой конденсированной фазы (шлаков) в продуктах сгорания вследствие незначительного содержания металлов в составе топлива (0-10 мас.%);
Кроме того, наличие в продуктах сгорания топлива соляной кислоты (НСl) обеспечивает дополнительную химическую активность образующихся газов как агентов химической очистки структуры нефтяного пласта;
- повышение безопасности изготовления, хранения и эксплуатации термогазогенератора обеспечивается гидрофобностью топливных шашек, что надежно предохраняет от неконтролируемого экзотермического взаимодействия металлов с водой, приводящего к самопроизвольному воспламенению состава при его изготовлении и несанкционированному срабатыванию термогазогенератора при его хранении;
- низкая стоимость термогазогенератора обеспечивается простотой его конструктивного решения, способа изготовления и эксплуатации;
- способ изготовления термогазогенератора позволяет получить простую и эффективную полностью сгораемую конструкцию термогазогенератора, а его технико-экономическая эффективность обеспечивается формованием пороховых шашек непосредственно в мягкие формообразующие оболочки без использования промежуточной оснастки, что дает возможность сократить технологический цикл, устранив фазы изготовления и подготовки формующей оснастки, распрессовки изделий и нанесения на них защитного покрытия. Кроме того, используемая в качестве технологической оснастки формообразующая оболочка служит в дальнейшем (в процессе хранения и эксплуатации термогазогенератора) защитным покрытием от воздействия агрессивных сред, в т.ч. скважинной жидкости.

Устройство выполняется следующим образом.

Термогазогенератор состоит из ряда последовательно собранных на геофизическом кабеле (поз.11) пороховых шашек (поз.2) диаметром 70-100 мм, длиной 1000 мм с центральным каналом диаметром 14-17 мм из трубки (поз.10), изготовленной из алюминиевого сплава и прочноскрепленной с пороховым составом, заключенных в мягкую сгораемую оболочку из гидроизоляционной прорезиненной ткани, представляющей собой двухслойную диагонально-дублированную ткань, с лицевой стороны имеющей алюминированное покрытие (ткань 500И), и устройства сборки (поз. 5-9, 11, 12). Одна из пороховых шашек является воспламенителем (поз.1). Воспламенитель при сборке устанавливается внизу. Максимальное количество пороховых шашек в термогазогенераторе 12 шт. Срабатывание (воспламенение) порохового заряда термогазогенератора происходит от подачи с пульта на устье скважины по геофизическому кабелю (поз.11) электрического тока на нагревательный элемент (поз.4) из спирали, установленной в воспламенителе, или на электровоспламенитель ЭВ-ПТ (поз.3), устанавливаемый в специальное отверстие в воспламенительном элементе. Доставка термогазогенератора в зону обработки производится на геофизическом кабеле. Конструкция термогазогенератора схематично приведена на чертеже.

Устройство для сборки, состоящее из подвески 5, втулки 6, винта 7, крышки 8, поддона 9, геофизического кабеля 11, проволоки 12 предназначено для сборки аккумулятора и подсоединения его к каротажному кабелю.

После инициирования воспламенения происходит последовательное сгорание твердотопливных шашек, вследствие чего и осуществляется термогазохимическое воздействие на продуктивный пласт призабойной зоны.

Способ изготовления устройства (термогазогенератора) состоит из 2 основных технологических процессов:
1. Изготовление термостойких пороховых шашек.

2. Сборка термогазогенератора.

Изготовление термостойких пороховых шашек, в том числе воспламеняющего элемента, осуществляется путем последовательного смешивания 12-27 мас.% этиленпропиленового горючего связующего, 70-87 мас.% перхлоратного окислителя и 1-12 мас.% функциональных добавок (стабилизатор горения - алюминий; технологические добавки и др.) при 30-50^oС в течение 1-1,5 ч с последующим вакуумированием полученной массы в течение 0,5-1,0 ч; формования массы в мягкую сгораемую оболочку из прорезиненной балонной ткани (ткань 500И) и ступенчатого отверждения по следующим режимам: 50-60^oС - 1 сутки; 60-70^oС - 1 сутки; 70-80^oС - 1 сутки; 80±5^oС - 5 суток.

Температурный диапазон смешения состава (30-50^oС) ограничен температурно-временным ресурсом сохранения массой вязкотекучего состояния, обеспечивающего бездефектное заполнение шашек заданной формы.

Временной диапазон смешения состава (1-1,5 ч) установлен экспериментальным путем и обеспечивает требуемую степень усреднения компонентов состава.

Вакуумирование в течение 0,5-1,0 ч необходимо и достаточно для изготовления не имеющих воздушных включений монолитных шашек.

Ступенчатое отверждение при вышеуказанных режимах обеспечивает сохранность формообразующих оболочек за счет обеспечения минимальной присадки (объемного расширения) шашки в процессе термостатирования.

В торце пороховой шашки воспламенителя формуется гнездо для установки электровоспламенителя.

Сборка термогазогенератора осуществляется непосредственно перед его эксплуатацией на устье скважины на специальной площадке. Пороховые шашки с помощью устройства сборки, начиная с воспламеняющего элемента, нанизывают на кабель-трос, пропускаемый через центральный канал пороховых шашек.

Пример осуществления способа изготовления термогазогенератора типа АДС-200У в опытно-промышленных условиях.

Были изготовлены 2 варианта АДС-200У с использованием термостойкого пороха разного рецептурного состава:
I - на порохе ТН-15/5, содержащем в качестве окислителя 70 мас.% перхлората аммония; 15 мас. % горючего связующего - этиленпропиленового каучука марки СКЭПТ-40, пластифицированного маслом ВНИИНП-1 в соотношении 70/30; 5 мас.% алюминиевого порошка АС Д-1 и 2,5 мас.% технологических добавок.

II - на порохе ТН-18/5К, содержащем в качестве окислителя 67 мас.% перхлората калия; 18 мас. % горючего связующего - этиленпропиленового каучука марки СКЭПТ-40, пластифицированного маслом МС-20 в соотношении 75/25; 5 мас. % алюминиевого порошка АС Д-1 и 8 мас.% технологических добавок.

Технология изготовления АДС-200У в обоих случаях была одинакова. На смесителе непрерывного действия готовили пороховую массу путем последовательного смешивания компонентов (пластифицированного каучука СКЭПТ-40; окислителя; технологических добавок и порошкообразного алюминия АСД-1) при 30-50^oС в течение 1,5 ч без вакуумирования и 0,5 ч с вакуумированием и формовали пороховые шашки в фомообразующую оболочку из прорезиненной балонной ткани номер 500И ТУ 38.1051901-89. Формование шашек проводили с применением специального технологического устройства для изготовления пороховых элементов.

К переходнику смесителя с помощью хомута подсоединяется насадок так, чтобы его осевая линия была параллельна плоскости лотка, на который устанавливается желоб.

Сборку технологической оснастки для формования сгорающих элементов производят в следующем порядке. Чехол из ткани выворачивают лицевой стороной внутрь, вставляют в него трубку-сердечник. Конец чехла равномерно собирают по наружной поверхности трубки и завязывают вручную шпагатом марки ШЛ-2,5 (0.4) HI ГОСТ 17308-88 или нитью кардной крученой технической ТУ 17 РСФСР 46-4023-95. Чехол выворачивают на лицевую сторону. На стяжку надевают удлинитель и устанавливают резиновое кольцо, после чего вставляют ее внутрь трубки-сердечника со стороны, противоположной привязанному концу чехла до упора. На стяжку последовательно надевают тарель, вставку и стягивают ее гайкой.

Сборку технологической оснастки для формования воспламенительных элементов производят в следующем порядке. На участок с одного из торцев трубки-сердечника наносят электроизоляционную ленту ПВХ ГОСТ 1621486, после чего на изолированный участок трубки устанавливают нагревательный элемент (спираль), закрепляют его с помощью электроизоляционной ленты ПВХ. Трубку-сердечник вставляют в чехол, равномерно собирают чехол в гофру вокруг трубки и завязывают вручную шпагатом марки ШЛ-2,5 (0.4) HI ГОСТ 17308-88 или нитью кардной крученой технической ТУ 17 РСФСР 46-4023-95. На стяжку надевают удлинитель и устанавливают резиновое кольцо, после чего вставляют ее со стороны незавязанного чехла внутрь трубки-сердечника до упора и стягивают гайкой.

Перед заполнением воспламенительных и сгорающих элементов пороховой массой трубку-сердечник вставляют в центральную иглу насадка до упора, чехол надевают на насадок, пропуская его под резиновое кольцо, и собирают на насадке в гофру.

При заполнении под давлением пороховой массы в чехол, последний постепенно наполняется, сходит с насадка и движется по желобу.

Конец заполнения порохового элемента определяется как визуально по телевизору сходом с втулки насадка черной полосы, нанесенной предварительно на чехле, так и срабатыванием концевика, отключающего шнек при заполнении элемента длиной 1000 мм.

Из отвержденных пороховых шашек скомплектовано 2 партии изделий АДС-200У (термогазогенераторов). Из них 12 комплектов АДС-200У испытано в натурных условиях в глубоких скважинах на территории Украины.

В процессе испытаний АДС-200У было проведено 7 обработок разведочных скважин. Результаты испытаний приведены в таблице.

По результатам производственных испытаний АДС-200У рекомендованы к промышленному производству и применению в нефтяных скважинах.

Термогазогенератор снаряжен термостойкими твердотопливными шашками, позволяющими использовать его при обработке скважин с температурой на забое до 220^oС. Твердотопливные шашки защищены от воздействия скважинной жидкости защитной оболочкой, в которую формуют топливную массу в процессе изготовления шашек. Шашки установлены вертикально друг на друга по торцевым поверхностям с помощью устройства сборки. Защитные оболочки выполнены сгораемыми из прорезиненной баллонной ткани типа 500И. Состав сгорающих элементов - твердотопливных шашек включает окислитель, горючее, технологические добавки. Имеются воспламенитель с нагревательным элементом и узел крепления. При 30-50^oС в течение 1-1,5 ч смешивают 12-27 мас.% этиленпропиленового горючего связующего, 70-80 мас.% перхлоратного окислителя и 1-12 мас.% функциональных добавок. В течение 0,5-1,0 ч вакуумируют полученную массу, формуют и подвергают ступенчатой полимеризации. Техническим результатом является создание эффективного универсального термогазогенератора. 2 с.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Термогазогенератор для обработки призабойной зоны продуктивного пласта нефтяных скважин, содержащий воспламенитель с нагревательным элементом, узел крепления, блок сгорающих элементов из состава, включающего окислитель, горючее, технологические добавки, отличающийся тем, что сгорающие элементы представляют собой термостойкие твердотопливные шашки, установленные вертикально друг на друга по торцевым поверхностям с помощью устройства сборки, защищенные от воздействия скважинной жидкости индивидуальными защитными сгораемыми оболочками из прорезиненной балонной ткани типа 500И. 2. Способ изготовления термогазогенератора, включающий изготовление сгорающих элементов, воспламенительного элемента и сборку термогазогенератора, отличающийся тем, что сгорающие и воспламенительный элементы изготавливают из термостойкого топлива путем смешения при 30-50^oС в течение 1-1,5 ч 12-27 мас. % этиленпропиленового горючего связующего, 70-87 мас. % перхлоратного окислителя и 1-12 мас. % функциональных добавок, последующего вакуумирования в течение 0,5-1,0 ч, заполнения полученной массой формообразующей мягкой оболочки и ступенчатой полимеризации при 50-60^oС в течение 1 суток, при 60-70^oС - 1 суток, при 70-80^oС - 1 суток, при (80±5)^oС - 5 суток.