СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПО ТЕХНОЛОГИИ ПГДА-М Российский патент 2016 года по МПК E21B43/263 

Предлагаемое изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам, изготовленным из твердотопливных материалов, которые в процессе их сжигания в стволе скважины осуществляют газодинамический разрыв или термогазохимическую обработку пласта с целью увеличения добычи нефти за счет повышения фильтрационных характеристик горных пород и очистки прискважинной зоны пласта от различных отложений.

Такие устройства называются пороховыми генераторами давления. Конструкции известных устройств различны. Общим для них является наличие шашки (одной или нескольких) из твердого топлива, опускаемых в скважину с помощью кабель-троса. Эти шашки, установленные в интервале обработки пласта, поджигаются с помощью электрического тока, подаваемого с поверхности земли по геофизическому кабелю.

Известно устройство для термогазохимической обработки продуктивного пласта по патенту РФ №2071556 МПК Е21В 43/26, опубл. 10.01.1997 г. Устройство представляет собой пороховой акустический генератор давления (ПГДА). На противоположных наружных цилиндрических поверхностях шашки ПГДА параллельно оси ее центрального канала выполнены продольные пазы, через которые проходит гибкий элемент, например канат, для соединения шашки с кабель-тросом. При использовании фронты горения с канала и от пазов встречаются раньше, чем с канала и от наружных цилиндрических поверхностей. Шашка распадается на два отдельных фрагмента, которые падают на дно скважины и нередко гаснут. Это приводит к резкому уменьшению результирующей(по всей поверхности) площади горения и, как следствие этого, к падению давления в скважине, создаваемого за счет горения ПГДА. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является устройство для термогазохимической обработки продуктивного пласта по патенту РФ №2151282, МПК Ε21В 43/25, опубл.20.06.2000 г. Это устройство создает дополнительно на пласт еще и виброволновое воздействие за счет создания акустического излучения из центрального канала цилиндрической шашки. Излучение происходит вследствие вибрационного или пульсирующего режима горения. Устройство представляет собой пороховой акустический генератор давления (ПГДА). Это устройство принято за прототип.

Устройство содержит бескорпусный заряд из твердотопливного материала, который соединен с кабелем-тросом и выполнен в виде сплошной цилиндрической шашки с воспламенителем и центральным круглым каналом. Отношение длины канала к его диаметру равно (40-120):1. Перпендикулярно к центральному круглому каналу в теле заряда по его длине выполнены ряды поперечных сквозных каналов диаметром 0,25-1,1 диаметра центрального круглого канала. В каждом ряду поперечные сквозные каналы выполнены пересекающимися под прямым углом друг к другу, а расстояние по длине заряда между каждыми двумя соседними рядами поперечных сквозных каналов равно отношению (20-40):1 длины центрального круглого канала к его диаметру. Устройство дополнительно содержит выступающие из шашки сегменты из твердотопливного материала, расположенные на противоположных цилиндрических поверхностях шашки параллельно оси ее центрального канала. В сегментах выполнены два диаметрально расположенных паза для каната оснастки. Расположение между пазами равно наружному диаметру цилиндрической части шашки. Отношение длины окружности шашки к основанию каждого из выступающих сегментов составляет (6-9): 1.

Недостатками устройства-прототипа являются низкая эффективность воздействия на пласт и деформация зарядов в процессе эксплуатации, а так же невозможность применения данного генератора в скважине с внутренним диаметром 110-127 мм.

Из патентной литературы известен способ обработки продуктивного пласта согласно которому в интервале продуктивного пласта сжигают пороховой заряд из твердотопливного материала с наполнителем стабилизатором(НС) горения. Накопление давления пороховых газов осуществляют в полости центрального кругового канала. В нем длина и диаметр связаны соотношением (20-40):1 с содержанием НС горения к общей массе центрального кругового канала не более 1,5%. В полости центрального канала, в котором длина и диаметр связаны соотношением (40-120):1, содержание НС не более 0,6%. Давление пороховых газов из полости центрального канала передают в пласт в виде импульсов давления через радиальные каналы и торцовые поверхности. В результате сжигания в полости центрального кругового канала осуществляют термогазохимическое, барическое, виброволновое воздействие с одновременным переменным электрическим воздействием (патент РФ №2103493, МПК Е1И 43/25,опубл. 27.01.1998 г.). Данный способ является прототипом к предлагаемому техническому решению способу обработки продуктивного пласта.

Недостатком способа прототипа является низкая эффективность воздействия на пласт т.к. он работает в одноимпульсном режиме и имеет ограниченность регулирования процессом обработки (процессом можно управлять, только меняя количество зарядов).

Задачей создания группы изобретений являются: повышение эффективности воздействия на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива за счет повышения скорости горения пороховых зарядов, исключение деформации заряда в процессе эксплуатации, уменьшение габаритных размеров генератора с сохранением энергетики.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как способ обработки продуктивного пласта, включающий газодинамический разрыв пласта путем сжигания в интервале продуктивного пласта порохового заряда из твердотопливного материала с наполнителем-стабилизатором горения с центральным круглым каналом с одновременным накоплением давления пороховых газов в полости центрального канала заряда с последующей передачей энергии горения заряда в пласт, и отличительных существенных признаков таких как сжигание порохового заряда производят в нескольких режимах, причем количество и частота импульсов зависит от комбинации зарядов в виде шашек на цилиндрической поверхности которых параллельно оси их центрального канала выполнены взаимно перпендикулярно продольные пазы, при их количестве кратном четырем.

Согласно п. 2 формулы изобретения при чередовании зарядов с четырьмя и восемью пазами используют двух импульсный режим горения.

Согласно п. З формулы изобретения при чередовании зарядов с четырьмя, восемью и двенадцатью пазами используют трех импульсный режим горения.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 4-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как устройство для газодинамического разрыва продуктивного пласта, содержащее бескорпусный заряд из твердотопливного материала, соединенный с кабелем-тросом, выполненный в виде сплошной цилиндрической шашки с воспламенителем и центральным круглым каналом, и отличительных существенных признаков, таких как отношение длины к диаметру указанного канала равно (30-38):1, причем на цилиндрической поверхности шашки параллельно оси ее центрального канала выполнены взаимно перпендикулярно продольные пазы, и их количество кратно четырем, в два из которых установлен гибкий элемент соединенный с кабелем-тросом.

Согласно п. 5 формулы изобретения в бескорпусный заряд дополнительно входят идентичные по конструкции шашки, включающие в себя нано- или ультрадисперсный алюминий.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков как по устройству, так и способу позволяет получить следующий технический результат- за счет замены выступов на цилиндрической поверхности пазами, уменьшен габаритный размер (диаметр) пороховых зарядов и устройства сборки с 114 мм до 105 мм, тем самым обеспечивается проведение обработок скважин с внутренним диаметром от 110 мм. Способ реализуется с помощью устройства, которое работает в многоимпульсном режиме, причем количество и частота импульсов зависит от комбинации зарядов в виде шашек на цилиндрической поверхности которых параллельно оси их центрального канала выполнены взаимно перпендикулярно продольные пазы, при их количестве кратном четырем.

В обоснование отличительных признаков следует отметить, что например по патенту №2170339, длинные заряды деформируются при эксплуатации (погружении в скважину с температурой 100 гр. Цельсия) см. фиг. 5. Из сопротивления материалов известно (см. фиг. 6) что, при сжатии длина сжатой балки рассчитывается по формуле: L_сж=µL, для нашего случая µ=0,8, путем дальнейших расчетов можно установить, что, при уменьшении соотношения длины канала к его длине с 43 до 33, мы уменьшаем изгиб заряда в 1,5 раза то есть эффект значительный. Следовательно в нашем случае отношение длины к диаметру центрального круглого канала равно (30-38):1, является оптимальным.

Выполнение пазов на поверхности шашки кратное четырем определено расчетным путем и является оптимальным в предлагаемой конструкции, реализующей способ обработки продуктивного пласта.

В патенте №2170339 твердотопливные элементы порохового генератора давления расположены между кумулятивными зарядами взрывчатого вещества или около зарядов взрывчатого вещества, в том числе, соприкасаясь с ними, или в нижней части устройства вместо груза или части этого груза, при этом твердотопливные элементы не пересекают оси кумулятивных струй и выполнены из не металлизированного баллиститного или смесевого твердого ракетного топлива в виде цилиндров с центральным круглым каналом, в которых длина и диаметр центрального канала связаны соотношением (20…40):1 - то есть они являются дополнительными элементами и ограничены по массе, а в предлагаемой конструкции твердотопливный заряд это основной элемент.

Изобретения иллюстрируются следующими чертежами.

фиг. 1 - общий вид устройства, продольный разрез;

фиг. 2 - бескорпусный заряд;

фиг. 3 - разрез по Α-A фиг. 2,а) с 4-мя пазами, б). с 8-ю пазами, в) с 12-ю пазами;

фиг. 4 - примеры способа а) генератор содержит заряды только с 8-ю пазами,

б) генератор содержит заряды с 4-мя и 8-ю пазами, в) генератор содержит заряды с 4-мя и 8-ю и 12-ю пазами;

фиг. 5 - фото деформация заряда по патенту №2103493;

фиг. 6 - схема испытаний.

Устройство для газодинамического разрыва продуктивного пласта (фиг. 1), содержит бескорпусный заряд из твердотопливного материала 1, соединенный с кабелем-тросом 2, выполненный в виде сплошной цилиндрической шашки с воспламенителем 3 и центральным круглым каналом 4. Отношение длины к диаметру указанного канала равно (30-38):1 (фиг. 2). На цилиндрической поверхности шашки параллельно оси ее центрального канала 4 выполнены взаимно перпендикулярно продольные круглые пазы 5 (фиг. 2, 3), и их количество кратно четырем, в два из которых установлен гибкий элемент 6 соединенный с кабелем-тросом 2. Позицией 7 на фиг. 1 показан хомут/зажим для гибкого элемента, а позицией 8 электропровод к воспламенителю. В бескорпусный заряд дополнительно входят идентичные по конструкции шашки, включающие в себя нано- или ультрадисперсный алюминий.

Устройство для газодинамического разрыва продуктивного пласта (фиг. 1) спускается в скважину на геофизическом кабеле 2 и состоит из пороховых зарядов 1, выполненных в виде отдельных шашек с центральным каналом 4, соединенных между крышкой 9 и поддоном 10 тросом 6, в пороховых зарядах 1, из которых не менее двух воспламенительные, электрически соединенной с геофизическим кабелем, заряды 1 и центральный канал 4 зарядов выполнены круглой формы. На наружной боковой поверхности зарядов 1 выполнены взаимно перпендикулярно продольные пазы 5, при их количестве кратном четырем (фиг. 3).

Устройство для газодинамического разрыва продуктивного пласта работает следующим образом. На геофизическом кабеле оно спускается в интервал обработки. После чего на спирали 11 воспламенительных зарядов 1 по электропроводу 8 геофизического кабеля подается напряжение. Спирали нагреваются и воспламеняют пороховые заряды 1. Горение пороховых зарядов 1 в скважине сопровождается механическим, тепловым и физико-химическим воздействием на пласт, что позволяет увеличить приток нефти в эксплуатационных скважинах.

Пример осуществления способа.

Способ обработки продуктивного пласта, включает газодинамический разрыв пласта путем сжигания в интервале продуктивного пласта порохового заряда 1 (фиг. 1) из твердотопливного материала с наполнителем-стабилизатором горения с центральным круглым каналом 4 с одновременным накоплением давления пороховых газов в полости центрального канала заряда с последующей передачей энергии горения заряда в пласт. Сжигание порохового заряда производят в нескольких режимах, причем количество и частота импульсов зависит от комбинации зарядов в виде шашек, на цилиндрической поверхности которых параллельно оси их центрального канала выполнены взаимно перпендикулярно продольные круглые пазы, при их количестве кратном четырем (фиг. 3).

При чередовании зарядов с четырьмя и восемью пазами используют двух импульсный режим горения.

При чередовании зарядов с четырьмя, восемью и двенадцатью пазами используют трех импульсный режим горения.

Так как наружная боковая поверхность пороховых зарядов 1 имеет диаметрально расположенные продольные пазы в количестве кратном четырем, увеличивается площадь поверхности горения пороховых зарядов, причем наличие четырех пазов увеличивает площадь горения на 10%, а 8-ми - на 20%, а 12-ти - на 30%. Наиболее оптимальным для расчета энергетики устройства является 10%.

Согласно изобретениям увеличивается скорость горения и давление, действующее на пласт, что повышает эффективность действия устройства для газодинамического разрыва продуктивного пласта.

Примеры чередования зарядов в виде графиков приведены на фиг. 4 а) одноимпульсный режим - генератор содержит заряды только с 8-ю пазами, б) двухимпульсный режим - генератор содержит заряды с 4-мя и 8-ю пазами, в) трехимпульсный режим работы - генератор содержит заряды с 4-мя и 8-ю и 12-ю пазами. При этом изобретения позволяют не только увеличить эффективность обработки скважин, но и сэкономить топливо при изготовлении шашек.

Из описания и практического применения настоящего изобретения специалистам будут очевидны и другие частные формы его выполнения. Данное описание, примеры и чертежи рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами. Выше описанное устройство названо авторами «Программируемый генератор давления акустический многорежимный» (ПГДА-М)

Группа изобретений относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть применена для обработки продуктивного пласта. Способ включает газодинамический разрыв пласта путем сжигания в интервале продуктивного пласта порохового заряда из твердотопливного материала с наполнителем-стабилизатором горения с центральным круглым каналом, с одновременным накоплением давления пороховых газов в полости центрального канала заряда, с последующей передачей энергии горения заряда в пласт. Сжигание порохового заряда производят в нескольких режимах, причем количество и частота импульсов зависят от комбинации зарядов в виде шашек, на цилиндрической поверхности которых параллельно оси их центрального канала выполнены взаимно перпендикулярно продольные пазы, при их количестве, кратном четырем. Устройство содержит бескорпусный заряд из твердотопливного материала, соединенный с кабелем-тросом, выполненный в виде цилиндрической шашки с воспламенителем и центральным каналом, имеющим отношение длины к диаметру, равное (30-38):1. Причем на цилиндрической поверхности шашки параллельно оси ее центрального канала выполнены взаимно перпендикулярно продольные пазы, и их количество кратно четырем, с чередованием зарядов в зависимости от способа 4+8 или 4+8+12, в два паза которых установлен гибкий элемент, соединенный с кабелем-тросом. Технический результат заключается в повышении эффективности воздействия на нефтегазоносные пласты. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ обработки продуктивного пласта, включающий газодинамический разрыв пласта путем сжигания в интервале продуктивного пласта порохового заряда из твердотопливного материала с наполнителем-стабилизатором горения с центральным круглым каналом, с одновременным накоплением давления пороховых газов в полости центрального канала заряда, с последующей передачей энергии горения заряда в пласт, отличающийся тем, что сжигание порохового заряда производят в нескольких режимах, причем количество и частота импульсов зависят от комбинации зарядов в виде шашек, на цилиндрической поверхности которых параллельно оси их центрального канала выполнены взаимно перпендикулярно продольные пазы, при их количестве, кратном четырем.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при чередовании зарядов с четырьмя и восемью пазами используют двухимпульсный режим горения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при чередовании зарядов с четырьмя, восемью и двенадцатью пазами используют трехимпульсный режим горения.

4. Устройство для газодинамического разрыва продуктивного пласта, содержащее бескорпусный заряд из твердотопливного материала, соединенный с кабелем-тросом, выполненный в виде цилиндрической шашки с воспламенителем и центральным каналом, имеющим отношение длины к диаметру, равное (30-38):1, отличающееся тем, что на цилиндрической поверхности шашки параллельно оси ее центрального канала выполнены взаимно перпендикулярно продольные пазы, и их количество кратно четырем, с чередованием зарядов в зависимости от способа по п.1 4+8 или 4+8+12, в два паза которых установлен гибкий элемент, соединенный с кабелем-тросом.