УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА С ТВЕРДОТОПЛИВНЫМ ЗАРЯДОМ И КАРТУЗОМ Российский патент 2014 года по МПК E21B43/263 

Предлагаемое скважинное устройство имеет отношение к нефтегазодобывающей промышленности и может применяться в других областях. Основу устройства составляют твердые топливные заряды (ТТЗ). При их горении происходит термическое газовое и химическое воздействие на призабойную зону пласта с увеличением проницаемости и притоков.

Известен способ обработки пласта и устройство для его осуществления, содержащее ТТЗ и оснастку для соединения с кабелем [1]. Способ задает характеристики импульсов давления при создании избыточного давления в скважине. В каналах ТТЗ имеются опорные трубки с системой воспламенения.

Известен бескорпусной секционный ТТЗ для газодинамического воздействия на пласт [2]. Он включает пороховые секции, узел воспламенения, и оснастку, расположенную в центральном канале каждой из пороховых секций и детали для стягивания секций друг к другу.

Наличие трубок с оснасткой [1, 2], проходящих по оси ТТЗ и других элементов оснастки обеспечивают определенную жесткость устройствам. Недостатком аналогов является деформация элементов составного заряда при длительном воздействии повышенных темперетур (до +100°C). Они становятся мягче из-за резкого уменьшения модуля упругости. В результате воспламенение может нарушиться или возникают нерасчетные режимы горения, вызванные разрушением заряда.

Известен газогенератор на твердом топливе с регулируемым импульсом стимуляции скважин [3]. Он имеет трубчатые ТТЗ и грузонесущий геофизический кабель с элементами крепления конструкции. Имеющееся у ТТЗ защитное покрытие обеспечивает горение их только с центрального канала. Это приводит к нежелательной деформации ТТЗ, вызванной увеличением давления продуктов сгорания в канале. Защитное покрытие полностью не сгорает. Его остатки загрязняют скважину после сгорание ТТЗ.

Прототипом является устройство для обработки продуктивного пласта [4]. Оно имеет бескорпусной ТТЗ со сквозным каналом и отношением его длины к диаметру (22-38):1, что позволяет использовать укороченные с увеличенным сводом топлива. Такие заряды меньше деформируются под воздействием высокой температуры. Тем не менее, опасность деформации остается. Это ограничивает использование устройства при таких температурных нагрузках.

Задачей заявляемого изобретения является такая доработка устройства с ТТЗ, которая увеличит надежность и эффективность его работы при высокотемпературных воздействиях за счет снижения деформаций зарядов и сохранения формы при размещении их в жесткие сгораемые картузы (ЖСК).

Для ТТЗ из утилизированных ракетных зарядов баллиститного пороха или соответствующих пороховых смесей материал ЖСК без деформации должен выдерживать температуры +100°C. Для смесевых составов эта температура должна быть +150°C. Время выдержки ЖСК при спуске устройства в скважину до воспламенения и последующего горения ТТЗ должно быть не менее одного часа. При этом ЖСК должен полностью сгорать.

Поставленная задача обеспечена тем, что устройство для обработки продуктивного пласта, соединенное с кабелем-тросом, содержит бескорпусной цилиндрический твердотопливный заряд с воспламенителем и оснастку, при этом твердотопливный заряд закрыт жестким сгораемым картузом, обеспечивающим уменьшение деформации заряда при повышенных температурах в скважине и выделение дополнительного количества энергии, при этом в состав жесткого сгорающего картуза входят следующие компоненты, масс.%:

термореактивная полимерная композиция - 30…37;

пироксилиновое волокно - 18…22;

взрывчатое вещество - 42…48 и

сверх 100%:

спирт этиловый - 10;

смачиватель - 0,1.

Термореактивная полимерная композиция может быть представлена, например, в виде упруго вязкого акрилатного связующего - олигомера Д-10ТМ, олигоэфиракрилата ТГМ-3, метилметакрилата, перекиси бензоила. Названные компоненты могут быть использованы либо в сумме либо с исключением, например, одного из них -и в различных количественных сочетаниях. В качестве взрывчатого вещества может быть использован, например, гексоген или октоген, или титрил. В качестве смачивателя может быть использован пента 69 или формальгликоль, или глицерин. Как вариант в качестве добавки к заявленной композиции может быть использован, например, порофор в количестве 0-3 масс.%. Все эти вещества по отдельности известны и описаны в технической литературе (см., например, Хмельницкий Л.И. Справочник по взрывчатым веществам, Москва, Химия, 1962; Брагинский В.А. и др., Переработка пластмасс, Справочное пособие, Ленинград, Химия, 1985).

Способ изготовления. ЖСК, состоящий из высокомодульного полимерного состава, изготавливают по специальной технологии. Пороховую массу - пироксилиновые волокна или их смесь с целлюлозными волокнами вводят в водно-полимерную композицию термореактивного связующего. В качестве взрывчатого вещества добавляют мелкодисперсный гексоген или октоген и вымешивают массу. Из полученного премикса формуют заготовки, сушат, подвергают горячему прессованию. Предел прочности ЖСК после его охлаждения и распрессования получается не менее 16 МПа. Модуль упругости значительно больше по отношению к ТТЗ и составляет до 500 МПа. Скорость горения ЖСК находится в соответствии с характеристиками ТТЗ.

ЖСК имеет форму цилиндрического стакана с толщиной стенок от одного до нескольких миллиметров. В него помещают заряд, имеющий минимальный зазор с ЖСК. На дне по оси стакана предусморено отверстие. Элементы ЖСК могут частично или полностью перекрывать внутреннюю поверхность центрального канала заряда или его часть. Канат оснастки устройства находится снаружи ТТЗ - в его продольных пазах внутри ЖСК. Канат или опорная труба по оси ТТЗ также находятся внутри ЖСК, помещенного в канал заряда.

На фиг.1 в качестве примера показана конструкция скважинного устройства, имеющего бескорпусной канальный цилиндрический заряд 1 и воспламенитель 2. Заряд закрыт от высокой температуры картузом 3 и соединен с кабелем-тросом 4. Канат 5 проходит снаружи заряда по его продольным пазам. Картуз остается снаружи, не позволяя канату выходить из пазов при спуске в скважину.

Устройство работает следующим образом. Перед спуском в скважину его собирают из отдельных ТТЗ, помещенных в ЖСК. Собранное устройство с ТТЗ опускают в выбранный интервал обработки пласта в зону повышенных температур.

С повышением температуры ТТЗ за счет снижения модуля упругости и последующей развивающейся деформации под действием собственного веса выбирают конструктивные зазоры между ТТЗ и ЖСК. Этим обеспечивают жесткий контакт между ними. Прочностью ЖСК обеспечивают стабильность формы комбинированного заряда. Это позволяет уменьшить деформации ТТЗ и гарантирует нормальные эксплуатационные характеристики устройства.

Наличие пороховой массы взрывчатого вещества в составе ЖСК позволяет получить дополнительную тепловую энергию. Пласт больше прогревается, повышаются притоки скважинных флюидов. Эффективность обработки возрастает.

Комбинированный заряд (с ЖСК) предлагается в любых геолого-технических условий скважин, в том числе при повышенных температурах.

Источники информации

1. Патент РФ №2106485. МПК E21B 43/263. Способ обработки призабойной зоны пласта и устройство для его осуществления. Краснощекой Ю.И., Самошкин В.И., Зансохов Л.Г. и др. Заявл. 25.08.1995, Опубл. 10.03.1998.

2. Патент РФ №2183740. C1, 6 E21B 43/263. Заряд бескорпусной секционный для газодинамического воздействия на пласт. Падерин М.Г., Газизов Ф.М. и др. Заявл. 22.08.2001. Опубл. 20.06.2002.

3. Патент РФ №2175059. МКИ E21B 43/263. Газогенератор на твердом топливе с регулируемым импульсом для стимуляции скважин. Крощенко В.Д., Грибанов Н.И., Гайворонский И.Н. и др. Заявл. 06.10.1999. Опубл. 20.10.2001.

4. Патент РФ №100554 на полезную модель. Приор. 16.07.2009. Опубл. 20.12.10. Бюл. №35. Устройство для обработки продуктивного пласта. Пелых Н.М., Богданов С.Ю. - прототип.

Изобретение может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности для газового и химического воздействия на призабойную зону пласта с увеличением ее проницаемости и притоков, а также и в других областях. Обеспечивается повышение надежности работы устройства при повышенных температурных воздействиях. Сущность изобретения: устройство содержит кабель-трос, бескорпусной цилиндрический твердотопливный заряд с воспламенителем и оснастку. Согласно изобретению твердотопливный заряд закрыт жестким сгораемым картузом, обеспечивающим уменьшение деформации заряда при повышенных температурах в скважине и выделение дополнительного количества энергии. В состав жесткого сгорающего картуза входят следующие компоненты, масс.%: термореактивная полимерная композиция - 30…37; пироксилиновое волокно - 18…22; взрывчатое вещество - 42…48 и сверх 100%: спирт этиловый - 10, смачиватель - 0,1. 1 ил.

Устройство для обработки продуктивного пласта с твердотопливным зарядом, соединенное с кабелем-тросом, содержащее бескорпусной цилиндрический твердотопливный заряд с воспламенителем и оснастку, отличающееся тем, что твердотопливный заряд закрыт жестким сгораемым картузом, обеспечивающим уменьшение деформации заряда при повышенных температурах в скважине и выделение дополнительного количества энергии, при этом в состав жесткого сгорающего картуза входят следующие компоненты, мас.%:
термореактивная полимерная композиция - 30…37;
пироксилиновое волокно - 18…22;
взрывчатое вещество - 42…48 и
сверх 100%:
спирт этиловый - 10;
смачиватель - 0,1.