СПОСОБ ВСКРЫТИЯ И ОБРАБОТКИ ПЛАСТА Российский патент 2007 года по МПК E21B43/24 E21B43/117 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а конкретнее к способам вскрытия прискважинной зоны пласта (ПЗП) и дополнительной стимуляции притоков углеводородного сырья. Способы основаны на использовании в одном устройстве перфораторов с кумулятивными зарядами (КЗ) и газогенераторов с твердотопливными элементами (ТЭ).

Известен способ воздействия на пласт [1]. Он заключается в установке в обсадную колонну скважины КЗ и одновременно с ними ТЭ с последующим их инициированием. Первые инициировали электродетонатором, вторые - электрозапалом и воспламенительным зарядом. КЗ выполняют в обсадной колонне перфорационные отверстия. Затем газообразные продукты сгорания ТЭ выжимают скважинную жидкость через созданные перфорационные отверстия, вызывая образование сетки трещин в пласте. Происходит значительный прирост поверхности фильтраций перфорационных каналов и увеличение притоков.

Недостатком способа, снижающим его эффективность, является приложение давления через скважинную жидкость, загрязняющую формируемую поверхность фильтрации и снижающую ее проницаемость по сравнению с первоначальным уровнем.

В способе [2] используют стреляющий аппарат с КЗ и чередующимися с ними ТЭ, опускаемый на геофизическом кабеле. КЗ соединены между собой детонирующим шнуром, а ТЭ - быстрогорящим огнепроводным шнуром. КЗ и ТЭ находятся в скважинной жидкости, корпуса у аппарата нет. Срабатывание КЗ происходит после воспламенения ТЭ в процессе их горения или после сгорания. Продукты сгорания, создавая повышенное давление в скважине, усиливают кумулятивный эффект и способствуют повышению воздействия на ПЗП.

Недостатки этого способа те же. Из-за сложности аппарата в целом его применение затруднено. ТЭ могут разрушаться и не срабатывать в скважине при повышенных температурах и давлениях.

Способ [3] основан на применении отдельных блоков, подвешиваемых на кабеле. Этот комплексный аппарат состоит из перфоратора с КЗ и газогенератора с ТЭ. Перфоратор размещают снизу. Срабатывание аппарата происходит при сниженном уровне скважинной жидкости. Выше этого уровня может устанавливаться пакер. Способ позволяет проводить перфорацию и термогазохимическое воздействие на ПЗП, вызванное горением ТЭ.

Недостатком технологии является сложность практической ее реализации и недостаточная эффективность прежде всего из-за раздельного размещения перфоратора и газогенератора при отсутствии общего корпуса аппарата.

Способ [4] основан на перфорации скважины и стимулировании притоков нефти и газа устройством, содержащим цилиндрический ТЭ, расположенный вокруг внешней поверхности перфоратора с КЗ. Кумулятивные струи от КЗ вызывают поджигание ТЭ с последующим проникновением газов через перфорационные отверстия и каналы в ПЗП. При выходе газа из породы он очищает канал, удаляя образовавшиеся во время перфорации осколки.

Однако эффективность способа недостаточна из-за опасности разрушения ТЭ от кумулятивных струй и ограничений по использованию устройства при некоторых условиях для небольших размерах труб, а также из-за сложности конструкции.

Способ заканчивавши скважины [5], являющийся прототипом, включает установку в обсадной колонне кумулятивного и газогенерирующего зарядов с последующим их инициированием, выполнением перфорационного канала в обсадной колонне и в ПЗП с перемещением в этот канал сгорающих от ТЭ газов. Способ имеет ограничения из-за размеров зарядов, которые располагают на одной оси. ТЭ трудно инициировать кумулятивными струями без его разрушения. Технология изготовления элемента из строго определенного состава, а также сборка конструкции в целом - сложные. Практическая реализация способа весьма сомнительна, эффективность его не может быть высокой. По данному способу также нельзя осуществлять виброволновое воздействие (ВВВ) на продуктивный пласт.

ВВВ возникает из-за вибрационного режима горения, сопровождающегося акустическими высокочастотными волнами давления в полости цилиндрического канала ТЭ. При ВВВ осуществляется импульсное поступление продуктов сгорания ТЭ в ПЗП. Оно приводит к образованию дополнительных микротрещин и каналов в породах, снижению степени неоднородности ПЗП, уменьшению вязкости жидкости, заполняющей пустоты в породах, и к другим благоприятным для увеличения притоков процессам. ВВВ также уменьшает максимальное давление, при котором наступает «горячий» гидроразрыв пласта, дополняя термогазохимическое воздействие, и в целом усиливает эффективность обработки скважины.

Цель изобретения - повышение эффективности комплексной обработки продуктивного пласта (перфорация и дополнительная стимуляция) аппаратом, включающим корпусной кумулятивный перфоратор и газогенератор, за счет упрощения его конструкции и сборки, улучшения срабатывания и функционирования, а также подбор применяемого для газогенератора ТЭ определенной формы и состава, обеспечивающего ВВВ на горные породы.

Цель достигается тем, что в известном способе заканчивания скважины, включающем установку в обсадной колонне КЗ из взрывчатого вещества, газогенерирующего заряда из твердого топлива с последующим инициированием кумулятивного и газогенерирующего заряда, выполнение перфорационного канала в обсадной колонне и окружающем продуктивном пласте кумулятивным зарядом и перемещение в перфорационный канал газа, образующегося при сгорании ТЭ, новым является то, что вскрытие и обработку пласта дополняют виброволновым воздействием в и проводят с помощью опускаемого на геофизическом кабеле устройства, включающего корпусной кумулятивный перфоратор (ККП), с перфораторной головкой, подключенной к кабельной головке, с загерметизированными боковыми отверстиями, КЗ, наконечником, причем на корпусе перфоратора предусмотрены заглушки, которые располагают на пути движения кумулятивных струй при срабатывании КЗ и которые срывают эти струи, открывают боковые отверстия корпуса перфоратора, нарушая его герметизацию, причем в устройстве дополнительно предусмотрены одна или несколько герметичных воздушных камер с атмосферным давлением, расположенных в различных местах перфоратора, например, на нижнем конце или на концах перфоратора, с расположенным в каждой камере недетонирующим цилиндрическим канальным ТЭ, изготовленным, например, из неметаллизированного баллиститного пороха, баллиститного переделочного артиллерийского пороха или смесевого твердого ракетного топлива, причем отношение длины канала к диаметру ТЭ составляет (6...40):1 при содержании наполнителя-стабилизатора горения не более 2,5% а воспламенение ТЭ с последующим горением, переходящим в вибрационный режим, происходит от инициатора, соединенного электрическим проводом с перфораторной головкой, например, от взрывного патрона, расположенного в канале ТЭ, и/или от продуктов детонации при срабатывании детонирующего шнура, подсоединенного к КЗ, и КЗ.

Для реализации способа используют ККП, к которому герметичная воздушная камера с ТЭ может подсоединяться снизу. Наконечник от ККП можно также использовать, подсоединив его к камере с ТЭ снизу. Между камерами с КЗ и ТЭ устанавливают диски с отверстиями для доставки инициатора, например взрывного патрона ПГ - 170, к ТЭ, удержания ТЭ в камере и частичного его предохранения от продуктов детонации из ККП.

Прокладки между камерами обеспечивают герметизацию устройства. ТЭ имеет специальное сгорающее покрытие, предохраняющее его от воздействия влаги и механических воздействий. Между ТЭ и металлическими частями камеры, с которыми он соприкасается, имеются прокладки. Например, в кольцевом зазоре между ТЭ и камерой устанавливают полиуретановые кольца. Если ТЭ в одной камере несколько, то между ними имеются втулки. Крешерный прибор для измерения максимального давления, создаваемого при работе устройства, располагают в нижней части камеры с ТЭ.

Вибрационный режим горения приводит к ВВВ на пласт в виде упругих волн давления. Он возникает в полости канала ТЭ в течение нескольких долей секунды ТЭ. Режим появляется в виде высокочастотных волн с частотами порядка несколько килогерц и амплитудами, достигающими несколько мегапаскалей после воспламенения и начала горения ТЭ. Обеспечивается при указанном выше соотношении размеров длины канала элемента к его диаметру, а также при использовании рассмотренных топлив с наполнителем-стабилизатором горения не более 2,5%. При этом вибрационное горение ТЭ из порохов будет иметь место при температурах до +90°С и давлениях до 80 МПа. Для ТЭ из смесевых твердых топлив оно будет иметь место при температурах до +120°С и тех же давлениях.

Пример выполнения конкретного способа. Собранное устройство, включающее ККП и подсоединенную к нему снизу герметичную воздушную камеру с ТЭ, имеющим отношение длины канала к его диаметру 30:1 и изготовленным из баллиститного пороха, опускают в скважину на глубину три километра, имеющую температуру +90°С. При этом КЗ и ТЭ не соприкасаются со средой, находящейся снаружи ККП. Постепенно с увеличением глубины температура внутри устройства возрастает до наружной.

После спуска устройства по геофизическому кабелю подают ток к нему. Оно срабатывает. При детонации КЗ образуются кумулятивные струи, срывающие заглушки с корпуса перфоратора и открывающие боковые отверстия. Параллельно с этим происходит инициирование ТЭ и последующее его горение, переходящее в вибрационный режим. Из-за разницы во временах срабатывания КЗ и ТЭ горение последнего происходит уже после срыва заглушек, сопровождающегося кратковременными нестационарными изменениями давления и температуры внутри устройства, а также движением жидких и газообразных продуктов. Кумулятивные струи, минуя среду внутри обсадной колонны, пробивают ее и создают каналы в породах. Продукты сгорания ТЭ, из камеры, в которой он находился, через внутреннюю полость устройства и отверстия в корпусе перфоратора и обсадной колонне поступают по перфорационным каналам в ПЗП. При вибрационном горении ТЭ это поступление происходит в импульсном режиме.

В результате всех видов воздействий на обсадную колонну и ПЗП, вызванных кумулятивными струями и продуктами сгорания ТЭ, возникают не только перфорационные каналы, но и создаются новые каналы, трещины и другие структурные изменения пород. При вибрационном горении ТЭ, приводящим к ВВВ на продуктивный пласт, происходит дополнительное встряхивание пород, а также их растворение, благоприятное с точки зрения увеличения притоков из ПЗП. После проникновения продуктов в пласт, по мере уменьшения давления, возникает обратное их движение в устройство через отверстия в корпусе. Твердые ингредиенты в виде осколков КЗ, остатков цементного камня, частиц пород и т.п. поступают в камеру, в которой до срабатывания устройства находился ТЭ. Тем самым создается дополнительный эффект, очищающий ПЗП.

Техническим результатом заявляемого способа является относительная его простота и быстродействие, совмещение нескольких видов воздействий на обсадную колонну и ПЗП, высокая эффективность, позволяющая значительно увеличить притоки из продуктивного пласта.

Источники информации

1. Бондаренко В.Н. и др. Геофизические и прострелочно-взрывные работы в скважинах. - М.: Недра, 1976, с.231-233.

2. Патент США №5355802 от 18-10.94 г., МПК 42В 3/300. Способ и устройство для перфорации скважин и создания трещин в пласте.

3. Патент США №5551344 от 03.09.96, МПК 42В 3/300. Способ и устройство для перфорации скважин и создания трещин в пласте.

4. Фельдман И.И. Сборка Stim-Gun и снаряд Stim-Tube компании Owen Oil Tools. Научно-технический вестник «Каротажник», №67, изд. АИС, Тверь, 2000.

5. Патент РФ №2119045 от 20.09.1998, МПК 6 Е21В 43/117. Способ заканчивания скважины - прототип.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам вскрытия и обработки продуктивного нефтегазового пласта. Обеспечивает повышение производительности скважин. Обеспечивает повышение эффективности комплексной обработки продуктивного пласта за счет упрощения его конструкции и сборки, улучшения срабатывания и функционирования. Сущность изобретения: по способу в обсадной колонне устанавливают аппарат, содержащий кумулятивные и газогенерирующие заряды из твердого топлива с последующим их воспламенением. Выполняют перфорационные каналы в обсадной колонне и окружающем продуктивном пласте кумулятивным зарядом, а также перемещают в эти каналы газ, образующийся при сгорании твердотопливных элементов в вибрационном режиме. Способ реализуют при помощи корпусного кумулятивного перфоратора с перфораторной головкой, корпусом, кумулятивными зарядами и наконечником. На корпусе перфоратора предусмотрены заглушки, которые срываются под воздействием кумулятивных струй, нарушая его герметизацию. В аппарате дополнительно предусмотрены герметичные воздушные камеры с атмосферным давлением, расположенные в различных местах перфоратора. В каждой из них содержится недетонирующий цилиндрический канальный твердотопливные элемент, изготовленный, например, из неметаллизированного баллиститного (в том числе и переделочного артиллерийского) пороха или твердого ракетного топлива, причем отношение длины канала к его диаметру составляет (6:40):1. Содержание наполнителя-стабилизатора горения не превышает 2,5%. Воспламенение с последующим горением, переходящим в вибрационный режим, происходит от инициатора, соединенного электрическим проводом с перфораторной головкой, например, от взрывного патрона, расположенного в канале твердотопливного элемента, и/или от продуктов детонации при срабатывании детонирующего шнура, подсоединенного к кумулятивным зарядам, и кумулятивных зарядов.

Способ вскрытия и обработки пласта, включающий установку в обсадной колонне кумулятивного заряда из взрывчатого вещества, газогенерирующего заряда из твердого топлива с последующим инициированием кумулятивного и газогенерирующего зарядов, выполнение перфорационного канала в обсадной колонне и окружающем продуктивном пласте кумулятивным зарядом и перемещение в перфорационный канал газа, образующегося при сгорании твердотопливного элемента, отличающийся тем, что вскрытие и обработку пласта дополняют виброволновым воздействием и проводят с помощью опускаемого на геофизическом кабеле устройства, включающего корпусной кумулятивный перфоратор с перфораторной головкой, подключенной к кабельной головке, с загерметизированными боковыми отверстиями, кумулятивными зарядами, наконечником, причем на корпусе перфоратора предусмотрены заглушки, которые располагают на пути движения кумулятивных струй при срабатывании кумулятивных зарядов и которые срывают эти струи, открывают боковые отверстия корпуса перфоратора, нарушая его герметизацию, причем в устройстве дополнительно предусмотрены одна или несколько герметичных воздушных камер с атмосферным давлением, расположенных в различных местах перфоратора, например на нижнем конце или на концах перфоратора, с расположенным в каждой камере недетонирующим цилиндрическим канальным твердотопливным элементом, изготовленным, например, из неметаллизированного баллиститного пороха, баллиститного переделочного артиллерийского пороха или смесевого твердого ракетного топлива, причем отношение длины канала к диаметру твердотопливного элемента составляет (6...40):1 при содержании наполнителя-стабилизатора горения не более 2,5%, а его воспламенение с последующим горением, переходящим в вибрационный режим, происходит от инициатора, соединенного электрическим проводом с перфораторной головкой, например от взрывного патрона, расположенного в канале твердотопливного элемента, и/или от продуктов детонации при срабатывании детонирующего шнура, подсоединенного к кумулятивным зарядам, и кумулятивных зарядов.