СПОСОБ ГАЗОГИДРАВЛИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ Российский патент 2002 года по МПК E21B43/263 

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 газогидравлическое воздействие на пласт продуктами горения порохового заряда. Под воздействием давления жидкости и газа, равного или превышающего горное, горные породы необратимо деформируются. Способ газогидравлического воздействия пороховыми газами основан на механическом, тепловом и химическом воздействии газов на горные породы и насыщающие их флюиды. Для использования способа применяют пороховые генераторы давления ПГД. БК-100 М, ПГД.БК-150 и аккумуляторы давления АДС-5 [1].

Известен способ газогидравлического воздействия на пласт путем использования секционного порохового генератора давления с обеспечением его горения по внутренней поверхности, для чего заряды генератора покрыты защитным покрытием [2] . При подаче по кабелю электрического импульса, поджигают воспламенители зарядов. Образующиеся продукты сгорания пороховых зарядов воздействуют на пласт.

Использование этого способа не всегда дает положительный эффект. Это связано с тем, что защитное покрытие, соединительные узлы зарядов и элементы оснастки остаются в скважине. При небольшой глубине забоя от зоны перфорации необходима дополнительная очистка скважины для повторного вскрытия пласта. 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, превышающего ее прочность.

В качестве наиболее близкого аналога принят способ газогидравлического воздействия на пласт, включающий проведение глубокопроникающей перфорации по всем интервалам обрабатываемого пласта, сборку бескорпусного секционного заряда, путем пропускания деталей оснастки для сбора секций заряда через центральный канал каждой секции заряда и стягивания их вплотную друг к другу другими деталями оснастки, спуск заряда в скважину и сжигание его секций, изготовленных из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде, путем запуска узла воспламенения и последующего возгорания одной или нескольких воспламенительных секций заряда и основных секций заряда с образованием продуктов горения, повышения давления и температуры [3]. 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 загерметезированную кабельной головкой, к которой прикреплен геофизический кабель с надетыми на него двумя основными секциями заряда с верхним наконечником, а в нижней части загерметезированную заглушкой с прикрепленным к ней тросом, на который вплотную к воспламенительной секции надевают три основных секции заряда. Спускают устройство в скважину и устанавливают его выше интервала перфорации на 2-4 метра. Поджигают пусковые воспламенители, которые прожигают стенки труб и поджигают воспламенительную секцию заряда, а от нее основные секции заряды. Горение заряда происходит с канала. Боковая поверхность заряда имеет защитное покрытие, предохраняющее заряд от трения и ударов о колонну.

Применение этого способа 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, он имеет все недостатки, что и предыдущий аналог. Установка заряда в скважине выше интервала перфорации приводит к тому, что на обрабатываемый пласт воздействует давление скважинной жидкости, которой передается энергия газов.

Техническим результатом изобретения является создание в прискважинной зоне обрабатываемого пласта трещин и полостей, которые обеспечивают надежную гидродинамическую связь с удаленной зоной пласта, обладающей естественными фильтрационными свойствами, т.е. осуществить разрыв пласта.

Необходимый технический результат достигается тем, что в способе газогидравлического воздействия на пласт, включающем проведение глубокопроникающей перфорации по всем интервалам обрабатываемого пласта, сборку бескорпусного секционного заряда, путем пропускания деталей оснастки для сбора секций заряда через центральный канал каждой секции заряда и стягивания их вплотную друг к другу другими деталями оснастки, спуску заряда в скважину и сжигание его секций, изготовленных из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде, путем запуска узла воспламенения и последующего возгорания одной или нескольких воспламенительных секций заряда и основных секций заряда с образованием продуктов горения, повышения давления и температуры, согласно изобретению устанавливают заряд в скважине так, чтобы секции заряда находились напротив перфорационных отверстий и газообразные продукты горения секций заряда непосредственно воздействовали на обрабатываемый пласт, осуществляют импульсное воздействие газов с высокой температурой и давлением, для чего используют заряд, время горения секций которого меньше, чем время распространения волны сжатия по скважинной жидкости от интервала воздействия до устья скважины, для чего осуществляют горение секций заряда по всей их поверхности, а конфигурацию центрального канала принимают с развитой поверхностью, для сборки заряда пропускают составную штангу через центральный канал каждой секции заряда, стягивают и поджимают секции заряда вплотную друг к другу центраторами, выполненными обтекаемой формы, по диаметру превышающими диаметр секций заряда, между нижним центратором и секциями заряда располагают рассеиватель отвода газового потока, образующегося при горении заряда, причем сумму проходных отверстий рассеивателя рассчитывают так, чтобы обеспечить минимальную нагрузку на штангу из условия ее сохранности и обеспечить максимальное воздействие газов на пласт, а между верхним центратором и секциями заряда устанавливают компенсатор линейного расширения заряда при высоких температурах в скважине.

Кроме того, осуществляют разрыв пласта, для чего проводят несколько последовательных операций спуска и сжигания секций заряда в одном и том же интервале пласта и подъеме из скважины оснастки, массу сжигаемых секций заряда выбирают, учитывая глубину залегания обрабатываемого пласта, его длину, количество перфорационных отверстий, при первом сжигании массу выбирают такой, чтобы обеспечить в интервале обрабатываемого пласта давление, превышающее предел прочности горных пород, слагающих пласт, для создания в пласте трещин и обеспечения надежной гидродинамической связи скважины с пластом, после чего поднимают оснастку из скважины, увеличивают длину составной штанги, которую пропускают через центральный канал каждой секции заряда, осуществляют сборку заряда, у которого масса сжигаемых секций заряда больше, чем у предыдущего, при этом массу выбирают такой, чтобы обеспечить в интервале обрабатываемого пласта давление, достаточное для развития и углубления трещин, образованных при первом сжигании секций заряда и создания полостей внутри пласта.

Для наглядности способ проиллюстрирован на чертеже, где показано устройство для газогидравлического воздействия на пласт. Устройство включает узел воспламенения 1, воспламенительную секцию заряда 2, основные секции заряда 3, канавку для установления узла воспламенения 4, составную штангу 5, центрирующие кольца 6, нижний центратор 7, верхний центратор 8, рассеиватель для отвода газового потока 9, компенсатор линейного расширения секций заряда 10, удлинительную штангу 11, геофизический кабель 12, приборную головку 13, кабельный наконечник 14.

Способ осуществляется следующим образом. Проводят глубокопроникающую перфорацию по всем интервалам пласта. Затем осуществляют сборку бескорпусного секционного заряда с узлом воспламенения 1, одной или несколькими воспламенительными секциями 2 и основными секциями заряда 3. Сборку осуществляют путем пропускания деталей оснастки для сбора секций заряда через центральный канал каждой секции заряда. Для этого используют составную штангу 5 (составленную из нескольких элементов). Использование составной штанги позволяет собирать заряд из разного количества секций и упростить доставку штанги на скважину. Рассчитывают массу сжигаемых секций заряда. Она должна быть достаточной, чтобы обеспечить в интервале обрабатываемого пласта давление, превышающее предел прочности горных пород, слагающих пласт, в 1,5 раза. Если при обработке давление будет ниже, то в пласте не будут образованы трещины или они будут незначительными, не будет обеспечена надежная гидродинамическая связь с пластом. Если давление, создаваемое при первом сжигании, будет больше, то это может привести к аварийной ситуации, так как каналы в пласте, созданные при перфорации, небольшие. Секции заряда имеют одинаковый размер и массу, поэтому, зная массу заряда, определяют количество секций заряда и длину составной штанги. Штангу пропускают через центральный канал каждой секции заряда. Между секциями заряда устанавливают центрирующие кольца 6, по диаметру превышающие диаметр секций заряда, не позволяющие смещаться секциям зарядам относительно друг друга, и, в случае изгиба штанги в наклонной скважине, касаться стенок обсадной колонны. Кольца изготавливают таким образом, чтобы не менялась динамика горения заряда. С обоих концов к штанге присоединяют центраторы 7, 8, которые поджимают и стягивают секции заряда вплотную друг к другу. Центраторы имеют обтекаемую форму для снижения механической нагрузки на штангу. Их диаметр превышает диаметр секций заряда, что позволяет предохранять заряд от трения и ударов о колонну. Между нижним центратором 7 и секциями заряда располагают рассеиватель 9 для отвода газового потока, образующегося при горении заряда. Сумму проходных сечений отверстий рассеивателя рассчитывают так, чтобы обеспечить минимальную нагрузку на штангу и обеспечить максимальное воздействие на пласт. Между верхним центратором 8 и секциями заряда устанавливают компенсатор 10 линейного расширения секций заряда, предназначенный для упругого поджатия секций заряда при высоких температурах в скважине. К верхней части центратора 8 присоединяют удлинительную штангу 11, служащую для уменьшения турбулентности газового потока, поднимающегося вверх, и снижения тепловой нагрузки на геофизический кабель 12, который через приборную головку 13 и кабельный наконечник 14 соединяют устройством. Такая сборка обеспечивает целостность конструкции при механических и температурных нагрузках в процессе горения заряда и его спуске в скважину. Спускают заряд в скважину и устанавливают его так, чтобы секции заряда находились напротив перфорационных отверстий и газообразные продукты горения секций заряда непосредственно воздействовали на обрабатываемый пласт. По команде оператора с наземного пульта производят запуск устройства подачей электрического тока по геофизическому кабелю 12 и по проводу питания на спираль узла воспламенения 1, находящегося на торце воспламенительной секции заряда. Секции заряда изготовливают из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде, например, баллиститного ракетного твердого топлива. Поэтому при температуре разогрева спирали, превышающей температуру вспышки заряда, возгорается воспламенительная секция 2, от нее - примыкающие к ней основные секции заряда 3, от которых возгораются остальные основные секции заряда. Т.к. секции заряда не имеют защитного покрытия, поэтому горение заряда осуществляется по всей поверхности заряда. Конфигурацию центрального канала принимают с развитой поверхностью. Все это обеспечивает время горения секций заряда меньше, чем время распространения волны сжатия по скважинной жидкости от интервала воздействия до устья скважины. При горении заряда образуется большое количество горячих газов, которые через рассеиватель 9 попадают в обсадную колонну и через перфорационные отверстия непосредственно воздействуют на обрабатываемый пласт. Так как время горения секций заряда составляет доли секунды, то осуществляется импульсное воздействие газов с высокой температурой и давлением. После этого поднимают оснастку из скважины, проводят визуальный осмотр, рассчитывают массу секций заряда такой, чтобы при их сжигании в скважине обеспечить газоприход, нарастание давления и температуры, достаточное для развития и углубления трещин, образованных при первой операции, и создания полостей внутри пласта. Массу заряда выбирают такой, чтобы обеспечить в интервале воздействия газоприход, способный создать расчетное давление, превышающее горное в 1,8 раза. Масса сжигаемых секций будет больше, чем при проведении первой операции. Зная массу, определяют количество секций и длину составной штанги. Увеличивают длину составной штанги, осуществляют сборку заряда, спускают заряд в скважину в тот же интервал и сжигают секции заряда. Повторное импульсное воздействие газов с высокой температурой и давлением приводит к развитию трещин, созданию полостей внутри пласта, т. е. осуществляют разрыв пласта. Если после второй операции разрыв пласта не осуществлен, то проводят последующую операцию.

В отличие от известного способа, где применяют секционный заряд массой в два раза больше предлагаемого заряда, но с временем горения в три раза больше, а газоприход в 3 раза меньше, чем у предлагаемого. Это позволяет осуществить нарастание давления, превышающего предел прочности горных пород, образованию в них трещин и, соответственно, увеличению эффективной проницаемости. За время сгорания заряда столб скважинной жидкости поднимается на высоту на порядок меньшую, чем при сгорании секций заряда аналогов. Поэтому давление в заколонном пространстве, на уровне подъема жидкости, переданное через перфарационные отверстия, практически совпадает с давлением в колонне и, следовательно, исключается разрыв колонны. Данный способ опробован на нефтяных месторождениях на действующих добывающих и нагнетательных скважинах, при выводе скважин из бездействия и консервации и при освоении скважин.

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, стр.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 4.1. Пороховые генераторы давления, стр. 108.

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, стр. 109-112.

Изобретение относится к средствам для добычи нефти. Обеспечивает создание в прискваженной зоне обрабатываемого пласта трещин и полостей, которые обеспечивают надежную гидродинамическую связь с удаленной зоной пласта, обладающей естественными фильтрационными свойствами, т.е. осуществить разрыв пласта. Способ включает проведение глубокопроникающей перфорации по всем интервалам обрабатываемого пласта, сборку бескорпусного секционного заряда путем пропускания деталей оснастки для сбора секций заряда через центральный канал каждой секции заряда и стягивания их вплотную друг к другу другими деталями оснастки. Затем опускают заряд в скважину и сжигают его секции, изготовленные из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде, путем запуска узла воспламенения и последующего возгорания одной или нескольких воспламенительных секций заряда и основных секций заряда с образованием продуктов горения, повышения давления и температуры. Согласно изобретению осуществляют импульсное воздействие газов с высокой температурой и давлением. Для этого используют заряд, время горения секций которого меньше, чем время распространения волны сжатия по скважинной жидкости от интервала воздействия до устья скважины. Для этого осуществляют горение секций заряда по всей их поверхности. Конфигурацию центрального канала принимают с развитой поверхностью. Для сборки заряда пропускают составную штангу через центральный канал каждой секции. Стягивают и поджимают секции заряда. Стягивают и поджимают секции друг к другу центраторами. Между нижним центратором и секциями заряда располагают рассеиватель отвода газового потока. Сумму проходных отверстий рассеивателя рассчитывают так, чтобы обеспечить минимальную нагрузку на штангу и обеспечить максимальное воздействие на пласт. Между верхним центратором и секциями заряда устанавливают компенсатор линейного расширения заряда при высоких температурах в скважине. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ газогидравлического воздействия на пласт, включающий проведение глубокопроникающей перфорации по всем интервалам обрабатываемого пласта, сборку бескорпусного секционного заряда путем пропускания деталей оснастки для сбора секций заряда через центральный канал каждой секции заряда и стягивания их вплотную друг к другу другими деталями оснастки, спуск заряда в скважину и сжигание его секций, изготовленных из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде, путем запуска узла воспламенения и последующего возгорания одной или нескольких воспламенительных секций заряда и основных секций заряда с образованием продуктов горения, повышения давления и температуры, отличающийся тем, что устанавливают заряд в скважине так, чтобы секции заряда находились напротив перфорационных отверстий и газообразные продукты горения секций заряда непосредственно воздействовали на обрабатываемый пласт, осуществляют импульсное воздействие газов с высокой температурой и давлением, для чего используют заряд, время горения секций которого меньше, чем время распространения волны сжатия по скважинной жидкости от интервала воздействия до устья скважины, для чего осуществляют горение секций заряда по всей их поверхности, а конфигурацию центрального канала принимают с развитой поверхностью, для сборки заряда пропускают составную штангу через центральный канал каждой секции заряда, стягивают и поджимают секции заряда вплотную друг к другу центраторами, выполненными обтекаемой формы, по диаметру превышающими диаметр секций заряда, между нижним центратором и секциями заряда располагают рассеиватель отвода газового потока, образующегося при горении заряда, причем сумму проходных отверстий рассеивателя рассчитывают так, чтобы обеспечить минимальную нагрузку на штангу из условия ее сохранности и обеспечить максимальное воздействие газов на пласт, а между верхним центратором и секциями заряда устанавливают компенсатор линейного расширения заряда при высоких температурах в скважине. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют разрыв пласта, для чего проводят несколько последовательных операций спуска и сжигания секций заряда в одном и том же интервале пласта и подъеме из скважины оснастки, массу сжигаемых секций заряда выбирают, учитывая глубину залегания обрабатываемого пласта, его длину, количество перфорационных отверстий, при первом сжигании массу выбирают такой, чтобы обеспечить в интервале обрабатываемого пласта давление, превышающее предел прочности горных пород, слагающих пласт, для создания в пласте трещин и обеспечения надежной гидродинамической связи скважины с пластом, после чего поднимают оснастку из скважины, увеличивают длину составной штанги, которую пропускают через центральный канал каждой секции заряда, осуществляют сборку заряда, у которого масса сжигаемых секций заряда больше, чем у предыдущего, при этом массу выбирают такой, чтобы обеспечить в интервале обрабатываемого пласта давление, достаточное для развития и углубления трещин, образованных при первом сжигании секций заряда, и создания полостей внутри пласта.