СПОСОБ ВСКРЫТИЯ ПЛАСТА КУМУЛЯТИВНЫМИ ЗАРЯДАМИ Российский патент 2013 года по МПК E21B43/117 

Настоящее изобретение относится к прострелочно-взрывным работам в скважинах различного назначения и, в частности, в нефтяных или газовых скважинах и может быть использовано для вторичного вскрытия прискважинной зоны пласта и обеспечения эффективных геолого-технических мероприятий при обработке этой зоны.

Известен способ вскрытия пласта кумулятивными зарядами, которые группируют в кумулятивном перфораторе в виде пар, при этом два заряда, образующие пару, располагают относительно друг друга под углом в 180° (см., например, RU 2307236, 27.09.2007).

Недостатком известного способа является невысокое совершенство вскрытия пласта в скважине, ввиду значительного расстояния между каналами как в паре, так и между парами, а также малой полезной длины самих каналов из-за неизбежно образующихся в них пестов.

Известен способ вскрытия пласта кумулятивными зарядами, которые группируют в кумулятивном перфораторе в виде пар, при этом два заряда, образующие пару, располагают относительно друг друга под углом в 90° (см., например, RU 2307235, 27.09.2007).

Недостатком известного способа является то же, что и в вышеупомянутом известном решении, поскольку расстояние между каналами в паре и между парами остается достаточно большим.

Известен способ вскрытия пласта кумулятивными зарядами, которые группируют в кумулятивном перфораторе в виде пар, при этом каналы, образующие пару, располагают относительно друг друга под одним углом, а угол между парами каналов выполняют отличным от угла в парах или равным ему (см., например, RU 2370639, 20.10.2009).

Расстояния между парными зарядами может быть уменьшено, но ничто не свидетельствует о взаимном влиянии зон действия кумулятивных зарядов. Отсюда, все то же недостаточно высокое совершенство вскрытия пласта в скважине, поскольку оно определено только количеством каналов вскрытия, причем с теми же пестами в них, уменьшающими фильтрацию пластового флюида.

Техническим результатом изобретения является повышение совершенства вторичного вскрытия пласта за счет возможности создания фильтрационной системы в прискважинной зоне пласта как самими каналами вскрытия, причем без пестов в них, так и дополнительной сетью трещин в плоскости парных каналов вскрытия пласта.

Необходимый технический результат достигается тем, что способ вторичного вскрытия пласта кумулятивными зарядами включает определение расстояния - шага для конкретной породы пласта, подлежащего вскрытию, между двумя парными кумулятивными зарядами, ориентированными в одном направлении и в одной плоскости. При этом обеспечивают необходимую интерференцию ударных волн при инициировании этих зарядов для взаимного разрушения пестов в образуемых парных каналах вскрытия пласта, и необходимую интерференцию напряженных зон в породе пласта для развития трещин в плоскости парных каналов с обеспечением газогидродинамической связи парных каналов как между собой, так и с зоной пласта, примыкающей к этим каналам, сборку кумулятивного перфоратора с расположением в нем системы парных кумулятивных зарядов с вышеопределенным шагом в каждой из пар. При этом парные кумулятивные заряды ориентируют в заданном направлении относительно оси кумулятивного перфоратора и располагают по его боковой поверхности в виде спирали, по меньшей мере одной, с расстоянием между смежными парами кумулятивных зарядов, превышающим вышеопределенный шаг, спуск кумулятивного перфоратора в скважину и осуществление перфорации с образованием разветвленной дренажной системы вскрытия пласта из системы парных каналов, свободных по всей их длине, и трещин в плоскости парных каналов вскрытия пласта.

Кроме того:

расстояние между смежными парами кумулятивных зарядов принимают в два шага;

расстояние между смежными парами кумулятивных зарядов принимают более двух шагов;

систему парных кумулятивных зарядов располагают по боковой поверхности кумулятивного перфоратора в виде двух спиральных линий;

система парных кумулятивных зарядов ориентирована перпендикулярно относительно оси кумулятивного перфоратора;

кумулятивные заряды смежных пар ориентированы по плоскостям, сходящимся между собой;

кумулятивные заряды смежных пар ориентированы по плоскостям, пересекающимся между собой;

одна часть системы парных кумулятивных зарядов ориентирована перпендикулярно относительно оси кумулятивного перфоратора, а другая часть ориентирована таким образом, что плоскости расположения кумулятивных зарядов смежных пар сходятся или пересекаются между собой;

угол наклона парных кумулятивных зарядов, ориентированных по плоскостям, сходящимся или пересекающимся с такими же плоскостями смежных зарядов, составляет 60-120°;

смежные пары кумулятивных зарядов чередуют между собой по типу: пара с глубокими каналами - пара с каналами большого диаметра;

определение расстояния - шага для конкретной породы пласта, подлежащего вскрытию, между двумя парными кумулятивными зарядами, ориентированными в одном направлении и в одной плоскости, определяют опытным путем на модели пласта.

Сущность изобретения.

Из практики вторичного вскрытия пласта - перфорации установлено, что при распространении ударных волн от кумулятивного заряда головная часть струи «чувствует» соседнюю струю, ее ударные волны и границы преграды.

Из практики отстрела кумулятивных зарядов по бетонным мишеням для прогнозирования качества вскрытия пласта установлено, что на минимальных скоростях пробития мишени, в конце канала, когда скорость распространения ударной волны и волны сжатия больше скорости пробития мишени, струя часто «уходит» в сторону границы мишени. При этом струя «уходит» всегда в направлении минимального расстояния до границы мишени, т.е. по линии наименьшего сопротивления - л.н.с. В бесконечной мишени - пласте (продуктивном пласте) скважины л.н.с. проходит между соседними перфорационными каналами вскрытия пласта, где и образуется трещина, по меньшей мере одна, или сеть разветвленных трещин.

При отстреле парных кумулятивных зарядов в опытах, при различных сближениях зарядов, была отмечена важность расстояний между соответствующими парными каналами вскрытия пласта. При оптимально выбранном расстоянии для конкретного типа пород, слагающих пласт, мощности кумулятивных зарядов, диаметра и протяженности каналов вскрытия пласта выявлена своя степень взаимодействия - своя интерференция как непосредственно по ударным волнам в процессе инициирования - работы кумулятивных зарядов, так и по зонам воздействия взрывов на породы, слагающие пласт. Оптимально выбранное расстояние в парных кумулятивных зарядах кумулятивного перфоратора обеспечивает взаимное разрушение пестов в каналах вскрытия пласта и создает возможность использования дренирующих свойств каналов вскрытия пласта по всей их длине. Более того, было отмечено, что при взрыве кумулятивных зарядов различных параметров и образовании каналов вскрытия пласта существуют зоны напряженного состояния пород вокруг упомянутых каналов с размерами, имеющими практическое значение. Интерференция таких напряженных зон ведет к образованию трещин, самонаводящихся на созданные каналы вскрытия. В результате большого объема испытаний было выявлено, что энергия взрыва расходуется на трансформирование зоны между парными каналами, а также распределяется и на некоторое расстояние, не меньшее расстояния между парными каналами, в плоскости, соединяющей эти каналы. При этом, оптимально подобранные параметры парных кумулятивных зарядов для условий пласта создают дополнительную возможность снижения суммарной мощности кумулятивных зарядов при условии вскрытия существующих вертикальных трещин пласта (естественных трещин геологической природы). Такой режим не требует значительного расхода энергии в сравнении со вновь образуемыми трещинами. Раскрытые естественные вертикальные трещины устойчивы, не требуют их закрепления и не создают спонтанного эффекта пескования скважин при их эксплуатации. Раскрываются в основном трещины в плоскости парных каналов вскрытия. Кумулятивный перфоратор в этом случае работает в наиболее щадящем режиме в отношении элементов конструкции скважины (трубам и цементному камню в затрубном пространстве).

В результате объект - продуктивный пласт вскрывают не отдельными каналами, а некоей системой плоскостей, проходящих через парные каналы, с системой трещин в плоскости парных каналов, выходящих за эти каналы. Расстояние между смежными парными каналами выбирают более шага в парных каналах из условия вышеописанного механизма трещинообразования, предотвращения образования избыточной трещиноватости и, как следствие, избыточного пескования или избыточного обводнения скважины. В зависимости от типа пород это расстояние может быть принято, например, в два шага или три шага.

Парные каналы могут вскрывать пласт согласно его пропласткам или пересекать их. Это зависит от фильтрующей способности пласта. В ряде случаев для охвата пласта по его толщине и необходимости выравнивания фильтрации пласт, например, неоднородный по толщине, вскрывают парными каналами, пересекающими ряд пропластков по этой толщине. В этом случае парные заряды соответствующим образом устанавливают наклонно относительно оси кумулятивного перфоратора. Угол наклона зарядов в паре относительно оси перфоратора зависит от глубины пробития кумулятивных зарядов и коэффициента снижения пробития, который, в свою очередь, зависит от прочностных характеристик пласта. Величина этого коэффициента колеблется от 0, 3 до 0,9. При коэффициенте 0,3 и глубине пробития по бетону 1000 мм угол наклона оси зарядов к оси перфоратора составит 60 120°

Различные варианты вскрытия пласта по способу показаны на фиг.1.

На фиг.1 показан интервал ствола скважины 1 для размещения в нем кумулятивного перфоратора. В пласте скважины, примыкающем к стволу скважины 1, показаны, в качестве примера, парные каналы 2 вскрытия пласта (далее - парные каналы), ориентированные перпендикулярно и в одной плоскости относительно оси кумулятивного заряда (ствола скважины). Парные каналы 3 ориентированы наклонно и в одной плоскости относительно оси кумулятивного заряда (ствола скважины). Парные каналы 4 ориентированы наклонно и в одной плоскости относительно оси кумулятивного заряда (ствола скважины) таким образом, что они сходятся или пересекаются с плоскостью парных каналов 5, ориентированных перпендикулярно и в одной плоскости относительно оси кумулятивного заряда (ствола скважины). Парные каналы 6, 7 вскрытия пласта ориентированы наклонно и каждые в одной плоскости относительно оси кумулятивного заряда (ствола скважины) таким образом, что они сходятся или пересекаются с разных сторон с плоскостью парных каналов 8, ориентированных перпендикулярно и в одной плоскости относительно оси кумулятивного заряда (ствола скважины). В плоскости парных каналов, между каналами и за их пределами, показаны трещины 9. Эти трещины показаны условно. Трещины могут быть образованы таким образом, что они смыкаются между смежными парами каналов при соответствующем расстоянии между этими парами, соответствующих свойствах породы пласта и соответствующих задачах перфорации. Пары каналов образуют по образующей ствола скважины спиральную линию -спираль, по меньшей мере одну. Таких спиралей может быть выбрано, например, две или три. Их количество зависит от задачи вскрытия пласта - густой или редкой сетью трещин в зависимости от свойств породы. Парные заряды могут быть ориентированы все перпендикулярно относительно оси кумулятивного заряда или все наклонно относительно оси кумулятивного заряда, или с комбинацией указанных вариантов, когда количество наклонных пар превышает количество перпендикулярных пар или наоборот. Все это определяет тип продуктивного пласта. Если пласт, например, неоднороден по толщине, то отдают предпочтение зарядам, ориентированным наклонно, а если достаточно однороден по толщине, то - ориентированным перпендикулярно. При этом допустимы комбинации зарядов как между парами, так и в самих парах.

В качестве возможного варианта по способу возможна комбинация данного кумулятивного заряда с генератором давления, например, пороховым типа АДС-5 - АДС-7.

Дополнительный источник давления, система начальных трещин в плоскости действия парных зарядов - парных каналов и неполностью отрелаксированный остальной массив породы в зоне трещин могут служить триггером в развитии мультифрактальной трещиноватости в зоне пласта с бесконечной длиной разветвленных трещин.

Способ осуществляют следующим образом.

По способу вторичного вскрытия пласта кумулятивными зарядами первоначально, например, на модели пласта методом проб определяют расстояние - шаг между двумя парными кумулятивными зарядами, ориентированными в одном направлении и в одной плоскости. Этот шаг должен удовлетворять одновременно двум условиям, а именно обеспечивать в оптимальном режиме:

интерференцию ударных волн при инициировании этих зарядов таким образом, чтобы суммарная усиленная волна боковым фронтом разрушала песты в образуемых парных каналах вскрытия пласта;

интерференцию напряженных зон в породе пласта таким образом, чтобы в плоскости парных каналов раскрывались прежде всего естественные вертикальные трещины, обеспечивающие газогидродинамическую связь парных каналов как между собой, так и с зоной пласта, примыкающей к этим каналам.

При этом, может преобладать лучшим образом один из факторов. Варьируют расстоянием, глубиной каналов, их диаметром, наклоном к оси кумулятивного перфоратора. При удовлетворительном сочетании двух факторов принимают полученное расстояние и схему выполнения парных каналов для сборки кумулятивного заряда с системой парных кумулятивных зарядов. В каждой из пар принимают одно и то же расстояние - шаг между кумулятивными зарядами. Парные кумулятивные заряды ориентируют в заданном направлении относительно оси кумулятивного перфоратора и располагают по его боковой поверхности в виде спирали, по меньшей мере одной. Расстояние между смежными парами кумулятивных зарядов принимают большим полученного шага, причем настолько, насколько необходимым или оправданным считают смыкание трещин между смежными парными каналами. Осуществляют спуск кумулятивного перфоратора в скважину, устанавливают его против пласта. Затем осуществляют инициирование - одновременный подрыв кумулятивных зарядов - собственно перфорацию с образованием вышеописанной разветвленной дренажной системы вскрытия пласта.

Конкретный пример реализации способа.

По способу предстоит вторичное вскрытие пласта, представленного известняком. Предварительно на модели пласта, в блоке известняка, методом проб путем отстрела парных зарядов определяют необходимое расстояние - шаг между двумя парными кумулятивными зарядами, ориентированными в одном направлении и в одной плоскости. Учитывая предшествующий опыт, принимают вначале шаг между парными зарядами 80 мм и мощность кумулятивных зарядов, рассчитанную на глубину вскрытия пласта, 400 мм. Кумулятивные заряды ориентируют перпендикулярно плоскости модели. Результаты отстрела показали удовлетворительное разрушение пестов в парных каналах вскрытия модели, но недостаточное раскрытие трещин в плоскости парных каналов. Уменьшили расстояние между зарядами до 70 мм, увеличили диаметр каналов и одновременно сократили глубину вскрытия до 350 мм. Результаты отстрела показали оптимальный результат по разрушению пестов в каналах вскрытия и разветвленную сеть трещин с хорошим раскрытием вертикальных каналов в плоскости парных каналов (между каналами и выходящими за пределы каналов на 10% от расстояния между парными каналами). Полученный шаг и параметры каналов вскрытия приняли за основу при сборке кумулятивного перфоратора. Кумулятивные заряды разместили по боковой поверхности кумулятивного перфоратора в виде одной спирали с расстоянием между смежными парными кумулятивными зарядами в 140 мм. Ориентируют кумулятивные заряды перпендикулярно оси кумулятивного заряда. Осуществляют спуск кумулятивного перфоратора в скважину, устанавливают его против пласта. Затем осуществляют инициирование - одновременный подрыв кумулятивных зарядов - собственно перфорацию с образованием вышеописанной разветвленной дренажной системы вскрытия пласта с плотностью перфорации 14 отв./пог. м.

Аналогично отрабатывают схему с отстрелом кумулятивных зарядов на модели известняка, имитирующего пласт, осложненный неоднородностями. Для выравнивания фильтрации пласта такого известняка применяют модель с отстрелом парных кумулятивных зарядов, плоскости которых сходятся по типу парных зарядов 4, 5, показанных на фиг.1. В результате проб отработана схема перфорации с расстоянием между зарядами 250 мм, глубиной пробития 450 мм и углом наклона зарядов 70° к оси кумулятивного перфоратора.

Изобретение относится к области добычи углеводородов и может быть использовано для вторичного вскрытия прискважинной зоны и обеспечения эффективных геолого-технических мероприятий при обработке этой зоны. Способ включает определение расстояния - шага для конкретной породы пласта, подлежащего вскрытию, между двумя парными кумулятивными зарядами, ориентированными в одном направлении и в одной плоскости. При этом обеспечивают необходимую интерференцию ударных волн при инициировании этих зарядов для взаимного разрушения пестов в образуемых парных каналах вскрытия пласта и необходимую интерференцию напряженных зон в породе пласта для развития трещин в плоскости парных каналов с обеспечением газогидродинамической связи парных каналов как между собой, так и с зоной пласта, примыкающей к этим каналам, сборку кумулятивного перфоратора с расположением в нем системы парных кумулятивных зарядов с вышеопределенным шагом в каждой из пар. При этом парные кумулятивные заряды ориентируют в заданном направлении относительно оси кумулятивного перфоратора и располагают по его боковой поверхности в виде спирали, по меньшей мере одной, с расстоянием между смежными парами кумулятивных зарядов, превышающим вышеопределенный шаг, спуск кумулятивного перфоратора в скважину и осуществление перфорации с образованием разветвленной дренажной системы вскрытия пласта из системы парных каналов, свободных по всей их длине, и трещин в плоскости парных каналов вскрытия пласта. Обеспечивает создание фильтрационной системы в прискважинной зоне пласта в плоскости парных каналов вскрытия пласта. 10 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Способ вторичного вскрытия пласта кумулятивными зарядами включает определение расстояния - шага для конкретной породы пласта, подлежащего вскрытию, между двумя парными кумулятивными зарядами, ориентированными в одном направлении и в одной плоскости, при котором обеспечивают необходимую интерференцию ударных волн при инициировании этих зарядов для взаимного разрушения пестов в образуемых парных каналах вскрытия пласта, и необходимую интерференцию напряженных зон в породе пласта для развития трещин в плоскости парных каналов с обеспечением газогидродинамической связи парных каналов как между собой, так и с зоной пласта, примыкающей к этим каналам, сборку кумулятивного перфоратора с расположением в нем системы парных кумулятивных зарядов с вышеопределенным шагом в каждой из пар, при этом парные кумулятивные заряды ориентируют в заданном направлении относительно оси кумулятивного перфоратора и располагают по его боковой поверхности в виде спирали, по меньшей мере, одной с расстоянием между смежными парами кумулятивных зарядов, превышающим вышеопределенный шаг, спуск кумулятивного перфоратора в скважину и осуществление перфорации с образованием разветвленной дренажной системы вскрытия пласта из системы парных каналов, свободных по всей их длине, и трещин в плоскости парных каналов вскрытия пласта.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что расстояние между смежными парами кумулятивных зарядов принимают в два шага.

3. Способ по п.1, характеризующийся тем, что расстояние между смежными парами кумулятивных зарядов принимают более двух шагов.

4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что систему парных кумулятивных зарядов располагают по боковой поверхности кумулятивного перфоратора в виде двух спиралей.

5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что система парных кумулятивных зарядов ориентирована перпендикулярно относительно оси кумулятивного перфоратора.

6. Способ по п.1, характеризующийся тем, что кумулятивные заряды смежных пар ориентированы по плоскостям, сходящимся между собой.

7. Способ по п.1, характеризующийся тем, что кумулятивные заряды смежных пар ориентированы по плоскостям, пересекающимся между собой.

8. Способ по п.1, характеризующийся тем, что одна часть системы парных кумулятивных зарядов ориентирована перпендикулярно относительно оси кумулятивного перфоратора, а другая часть ориентирована таким образом, что плоскости расположения кумулятивных зарядов смежных пар сходятся или пересекаются между собой.

9. Способ по п.7 или 8, характеризующийся тем, что угол наклона парных кумулятивных зарядов, ориентированных по плоскостям, сходящимся или пересекающимся с такими же плоскостями смежных зарядов, составляет 60-120°.

10. Способ по п.1, характеризующийся тем, что смежные пары кумулятивных зарядов чередуют между собой по типу: пара с глубокими каналами - пара с каналами большого диаметра.

11. Способ по п.1, характеризующийся тем, что определение расстояния - шага для конкретной породы пласта, подлежащего вскрытию, между двумя парными кумулятивными зарядами, ориентированными в одном направлении и в одной плоскости, определяют опытным путем на модели пласта.