Способ газогидравлического воздействия на пласт Российский патент 2019 года по МПК E21B43/263 

Изобретение относится к методам воздействия на прискважинную зону продуктивного пласта с целью установления надежной гидродинамической связи скважины с пластом путем воздействия на пласт продуктами горения порохового заряда, в частности, к способам возбуждения скважин формированием трещин или разрывов с применением взрывчатых веществ. При механическом, тепловом и химическом воздействии продуктов горения взрывчатого вещества (порохового заряда) на горные породы и насыщающие их флюиды горные породы необратимо деформируются.

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 (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).

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 эксплутационной колонны из-за перепада давления в скважине и заколонном пространстве, превышающего ее прочность.

Известен также способ газогидравлического воздействия, при котором производят привязку интервалов перфорации, проведение глубокопроникающей перфорации прискважинной зоны по всем интервалам обрабатываемого пласта сборку бескорпусного секционного заряда первого сжигания, спуск заряда скважину с установкой заряда таким образом, чтобы секции заряда находились напротив перфорационных отверстий и сжигание воспламенительных и основных секций секции которого изготовлены из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде, а масса выбрана из условия создания максимального давления разрыва в требуемом интервале пласта превышающего горное давление в 1,5 раза, а также последующее выполнение, по меньшей мере, одной операции спуска и сжигания секций бескорпусного секционного заряда второго сжигания воспламенительные и основные секций секции которого изготовлены из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде, а масса выбрана из условия создания максимального давления разрыва в требуемом интервале пласта для развития в нем трещин и создания полостей (для обеспечения гидродинамической связи скважины с удаленной зоной пласта, обладающей естественными фильтрационными свойствами), причем установку заряда второго сжигания в скважине производят таким образом, чтобы секции заряда второго сжигания находились напротив перфорационных отверстий, образованных ранее при проведения перфорации с помощью упомянутого заряда первого сжигания, сжигание секций заряда второго сжигания путем запуска узла воспламенения и последующего возгорания одной или нескольких воспламенительных секций заряда и основных секций заряда с образованием продуктов горения, повышением давления и температуры. Согласно данному известному изобретению осуществляют импульсное воздействие газов с высокой температурой и давлением (RU 2187633, прототип).

Недостатком известного способа является практически неизбежное, но неопределенное (непредсказуемое) по величине, увеличение коэффициента объемного сжатия скважинной жидкости в течение интервала времени между первым и вторым сжиганием, Это явление обусловлено тем, что скважина перед вторым сжиганием заполняется поступающей из пласта жидкостью, в которой в большом количестве присутствуют газы, образовавшиеся при первом сжигании, и пластовые газы. Газ ы, растворенные в скважинной жидкости, существенно снижают ее плотность, тем самым, значение коэффициента объемного сжатия газифицированной скважинной жидкости кратно увеличивается.

В результате неопределенности физического состояния скважинной жидкости после первого сжигания, выбор оптимальной массы секций заряда второго сжигания становится затруднительным. Выбранная при неопределенном значении коэффициента объемного сжатия скважинной жидкости масса заряда второго сжигания может не обеспечивать достаточного давления и, следовательно, необходимого эффективного развития трещин и полостей в обрабатываемом пласте, требуемого для обеспечения надежной гидродинамической связи скважины с удаленной зоной пласта, обладающей естественными фильтрационными свойствами. Во избежание недостаточного давления приходится, как правило, существенно увеличивать массу заряда второго сжигания.

Технической проблемой, разрешаемой настоящим изобретением, является осуществление более эффективного разрыва пласта для обеспечения надежной гидродинамической связи скважины с удаленной зоной пласта, обладающей естественными фильтрационными свойствами, и обеспечения более интенсивного притока нефти.

Техническим результатом изобретения, позволяющим разрешить указанную проблему, является существенное уменьшение влияния газопрявления на реализацию разрыва пласта, т.е. значения коэффициента объемного сжатия скважинной жидкости перед сгоранием заряда второго сжигания. Это является результатом удаления жидкости, в которой в большом количестве присутствовали газы и взвеси, образовавшиеся при первом сжигании, и недопущение поступления пластовых газов и жидкостей в эксплуатационную колонну (т.е. колонну обсадных труб, которая служит для того, чтобы отделить конечный продукт (нефть) от пласта и обеспечить продуктивный забор продукта из скважины). При этом перед сгоранием заряда второго сжигания скважина заполнена негазифицированной жидкостью глушения. Под негазифицированной жидкостью понимается реальная жидкость, содержащаяся нормальное количество растворенных, преимущественно, атмосферных газов (при нормальном давлении окружающей среды), незагрязненная продуктами сгорания топлива. Одновременно становится возможным уменьшение требуемой массы заряда второго сжигания благодаря уменьшению значения коэффициента сжимаемости и скорости звука в негазифицированной жидкости глушения и, тем самым, уменьшению коэффициента объемного сжатия жидкости в скважине перед сгоранием заряда второго сжигания. В результате оптимизации физического состояния жидкости в скважине перед вторым сжиганием (т.е. значения коэффициента объемного сжатия) выбор надлежащей массы секций заряда второго сжигания становится более точным, позволяющим гарантированно обеспечить требуемое объемное развитие трещин и полостей в прискважинной зоне обрабатываемого пласта при втором сжигании без непроизводительного расходования топлива.. Такой более объемный и эффективный разрыв пласта обеспечивает более надежную гидродинамическую связь с удаленной зоной пласта, обладающей естественными фильтрационными свойствами и позволяет обеспечить более интенсивный приток нефти.

Сущность изобретения состоит в том, что способ газогидравлического воздействия на пласт включает перфорацию эксплуатационной колонны скважины в заданном интервале пласта, сборку и спуск в скважину бескорпусного секционного заряда первого сжигания, масса основных секций которого выбрана из условия создания давления разрыва в интервале перфорации, установку этого заряда таким образом, чтобы его секции находились напротив перфорационных отверстий эксплуатационной колонны, и сжигание воспламенительных и основных секций заряда первого сжигания с образованием продуктов горения, повышением давления и температуры и созданием в интервале перфорации пласта искусственных трещин и полостей, а также последующую сборку и спуск в скважину бескорпусного секционного заряда второго сжигания, установку этого заряда в том же интервале перфорации пласта таким образом, чтобы его секции находились напротив перфорационных отверстий эксплуатационной колонны, и сжигание воспламенительных и основных секций заряда второго сжигания с образованием продуктов горения, повышением давления и температуры и развитием и углубления искусственных трещин и полостей. Кроме того, после сгорания заряда первого сжигания удаляют скважинную жидкость, газифицированную газообразными и твердыми продуктами горения заряда первого сжигания, заполняют скважину негазифицированной жидкостью с более высоким гидростатическим давлением в интервале перфорации, чем предварительно определенное пластовое давление в интервале перфорации, причем указанное заполнение негазифицированной жидкостью производят до момента достижения значением плотности жидкости, выходящей из устья скважины, значения плотности негазифицированной жидкости, подаваемой с расходом, выбранным из условия обеспечения величины скорости восходящего потока жидкости в скважине большей, чем величина скорости падения в ней твердых частиц, в общем количестве, достаточном для ее проникновения в пласт и не допущения поступления пластовых газов и пластовой жидкости в эксплуатационную колонну.

Предпочтительно, в случае, если пластовое давление в интервале перфорации меньше гидростатического, в качестве негазифицированной жидкости используется негазифицированная вода, а в случае, если пластовое давление в интервале перфорации больше гидростатического давления воды для этого интервала, в качестве негазифицированной жидкости используется негазифицированная жидкость с плотностью, превышающей плотность воды и создающей гидростатическое давление в интервале перфорации выше пластового.

Предпочтительно, при превышении в интервале перфорации пластового давления над гидростатическим, в качестве негазифицированной жидкости скважины используют водный солевой раствор, содержащий соли из группы: NaCl, KCl.

Предпочтительно, массу секций заряда второго сжигания определяют из следующего соотношения:

где:

- β - коэффициент сжимаемости негазифицированной жидкости;

- с - скорость звука в негазифицированной жидкости;

- Рр - давление разрыва, создаваемое при сгорании заряда;

- Ро - гидростатическое давление на интервале перфорации;

- f- сила пороха (топлива секций заряда);

- α - коволюм пороха (топлива секций заряда);

- Д - внутренний диаметр труб эксплуатационной колонны;

- L - расстояние от нижней секции заряда до забоя;

- - половина толщины свода секции заряда;

-u=a+0,5в⋅(Рр-Ро) скорость горения секций заряда, а и в, коэффициенты закона скорости горения;

- Sc - площадь сечения секции заряда;

- ρ - плотность секций заряда;

- ϕ=4⋅Sc/(π⋅Д²) -эмпирический коэффициент, учитывающий тепловые потери на нагрев жидкости в интервале расположения секций заряда.

Как правило:

- воспламенительные и основные секции заряда первого и секции заряда второго сжигания выполнены из составов баллиститных ракетных топлив третьей энергетической группы, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде.

- что воспламенительные и основные секции заряда первого и секции заряда второго сжигания выполнены из составов баллиститных ракетных топлив марок типа РСТ-4К, РНДСИ 5К.

- сжигание каждого из зарядов осуществляют путем запуска узла воспламенения и последующего возгорания одной или нескольких воспламенительных секций заряда и основных секций заряда.

- сжигание основных секций каждого из зарядов производят одновременно.

На чертеже фиг. 1 изображена конструкция устройства обеспечивающего реализацию предлагаемого способа - заряда ЗГРП 01-1, имеющего максимальный диаметр 80 мм, а диаметр секций заряда 68 мм, на фиг. 2 - конструкция аналогичного устройства обеспечивающего реализацию предлагаемого способа - заряда ЗГРП 01-1.3, представляющего собой усиленный вариант ЗГРП, имеющий максимальный диаметр 108 мм, а диаметр секций заряда 100 мм; на фиг. 3 - схема расположения заряда в скважине таким образом, чтобы секции заряда находились напротив перфорационных отверстий, на фиг. 4 - график 57 результатов второго сжигания (воздействия на пласт) без удаления газифицированной жидкости, на фиг. 5 - график 58 результатов второго сжигания (воздействия на пласт) с удалением газифицированной жидкости и заполнения негазифицированной жидкостью перед вторым сжиганием, на фиг. 6 - сечение секции заряда, изображенного на фиг. 1, на фиг. 7 - сечение секции заряда, изображенного на фиг. 2.

Для наглядности способ проиллюстрирован чертежами фиг. 1, 6 и фиг. 2, 7, где на фиг. 1 представлен заряд ЗГРП 01-1, имеющий максимальный диаметр 80 мм, а диаметр секций заряда 68 мм, применяется в скважинах с внутренним диаметром обсадной колонны 100-152 мм, и фиг. 2 заряд ЗГРП 01-1.3 (усиленный вариант ЗГРП), имеющий максимальный диаметр 108 мм, а диаметр секций заряда 100 мм, применяется в скважинах с внутренним диаметром обсадной колонны 127-200 мм.

Устройство ЗГРП 01-1, представленное на фиг 1 и обеспечивающие реализацию предлагаемого способа, включает воспламенитель 1, составную несущую штангу, составленную из трех частей - штанги 5 нижней, штанги 6 промежуточной, штанги 7 верхней. Вдоль составной несущей штанги 5-7 размещена бескорпусная группа секций 3 заряда, из твердого баллиститного ракетного топлива. Секции топлива 3 выполнены с фигурным осевым каналом в форме нескольких радиальных полых лучей (полостей), сечение этой секции заряда представлено на фиг 6,. в центральном сквозном отверстии которого установлена с зазором упомянутая составная штанга 5-7. На концах штанг 5,7 установлены стягивающие группу секций 3 заряда верхний и нижний центрирующие конусы 8 и 2, соответственно. Конусы 2,8 поджимают и обеспечивают стягивание секций 3 вплотную друг к другу и фиксируют от отвинчивания гайками 17 и 20 соответственно, а между верхним конусом и верхней секцией заряда установлен компенсатор линейного расширения 14, который центруется с секциями заряда проставкой 10, а между нижней секцией заряда и нижним конусом установлен рассеиватель 24 для отвода продуктов сгорания с прокладкой 15. Между секциями заряда, на торце одной из секций 3 в кольцевой проточке размещен воспламенитель 1, соединенный с проводами питания 18, размещенные внутри лучей канала. Наличие составной штанги 5-7 позволяет собирать заряд из разного количества секций 3, изменяя количество промежуточных штанг 6, и упростить транспортирование оборудования на скважину в разобранном виде. Конусы 2, 8 имеют обтекаемую форму для снижения механической нагрузки на штангу 5-7, диаметр конусов 2, 8 превышает диаметр секций 3 заряда, что позволяет предохранять их от трения и ударов о стенки скважины. Между секциями заряда 3 установлены центрирующие кольца (центраторы) 4, по диаметру превышающие диаметр секций 3 заряда, не позволяющие смещаться секциям 3 зарядам относительно друг друга, и в случае изгиба штанги 5-7 в наклонной скважине касаться стенок обсадной колонны. Центраторы 4 также служат для того, чтобы стабилизировать динамику горения заряда. Конус 2, выполнен с периферийными отверстиями 25, для прохода продуктов сгорания. Заряды снабжены составной удлинительной штангой (11, 12, 13), соединенной с верхним конусом 8 и стыковочным узлом 9, который соединяется с кабельным наконечником 21 для соединения провода 18 питания воспламенителя 1 с геофизическим кабелем 22 скважины. Стыковочный узел 9 фиксируется от отвинчивания гайкой 16. Удлинительная штанга служит для уменьшения турбулентности газового потока, поднимающегося вверх, и снижения тепловой нагрузки на геофизический кабель 22. Провод 18 питания зафиксирован на удлинительной штанге изолентой 19. Такая сборка штанг 11-13 обеспечивает целостность конструкции при механических и температурных нагрузках в процессе горения заряда и при его спуске в скважину. Заряд снабжен автономным измерительным блоком 23, а нижний конус 2 выполнен со сквозным центральным каналом для несущей штанги 5 (нижней части несущей штанги 5-7), на нижнем конце которой установлен измерительный блок 23. Конус 2 зафиксирован гайкой 20. Измерительный блок 23 выполнен с датчиками давления, температуры (не изображены). Геофизический кабель 22 предназначен для спуска и подъема в скважине приборов и аппаратов, в том числе, и заряда для гидроразрыва пласта, их питания электроэнергией. Наземный пульт (не изображен) включает систему для защиты заряда от несанкционированного инициирования на земной поверхности.

Устройство заряда ЗГРП 01-1.3, представленное на фиг 2, обеспечивающие реализацию предлагаемого способа (выполнено схемно-конструктивно аналогично заряду ЗГРП 01-1 по фиг. 1), включает воспламенитель 26, составную несущую штангу, составленную из трех частей - штанги 30 нижней, штанги 31 промежуточной, штанги 32 верхней. Вдоль составной несущей штанги 30-32 размещена бескорпусная группа секций 28 заряда, из твердого баллиститного ракетного топлива. Секции 33 выполнены с фигурным осевым каналом в форме нескольких радиальных полых лучей (полостей), сечение этой секции заряда представлено на фиг 7,. в центральном сквозном отверстии которого установлена с зазором упомянутая составная штанга 30-32. На концах штанг 30, 32 установлены стягивающие группу секций заряда 28 верхний и нижний центрирующие конусы 33 и 27, соответственно. Конусы 27, 33 поджимают и обеспечивают стягивание секций 3 вплотную друг к другу и фиксируют от отвинчивания гайками 40 и 43 соответственно, а между верхним конусом и верхней секцией заряда и между нижней секцией заряда и нижним конусом установлены рассеиватели 47 для отвода продуктов сгорания, а между секциями заряда, верхней и нижней секциями заряда и рассеивателями установлены резиновые прокладки 38 для компенсации линейного расширения. Между секциями заряда, на торце одной из секций 28 в кольцевой проточке размещен воспламенитель 26, соединенный с проводами питания 41, размещенные внутри лучей канала. Наличие составной штанги 30-32 позволяет собирать заряд из разного количества секций 28, изменяя количество промежуточных штанг 6, и упростить транспортирование оборудования на скважину в разобранном виде. Конусы 27-33 имеют обтекаемую форму для снижения механической нагрузки на штангу 30-32, диаметр конусов 27-33 превышает диаметр секций 28 заряда, что позволяет предохранять их от трения и ударов о стенки скважины. Между секциями заряда 28 установлены центрирующие кольца (центраторы) 29, по диаметру превышающие диаметр секций 28 заряда, не позволяющие смещаться секциям 28 зарядам относительно друг друга, и в случае изгиба штанги 30-32 в наклонной скважине касаться стенок обсадной колонны. Центраторы 29 также служат для того, чтобы стабилизировать динамику горения заряда. Конусы 27 и 33 выполнены с периферийными отверстиями 48, для прохода продуктов сгорания. Заряды снабжены составной удлинительной штангой (36, 37, 38), соединенной с верхним конусом 33 и стыковочным узлом 34, который соединяется с кабельным наконечником 44 для соединения провода 41 питания воспламенителя 26 с геофизическим кабелем 45 скважины. Стыковочный узел 34 фиксируется от отвинчивания гайкой 39. Удлинительная штанга служит для уменьшения турбулентности газового потока, поднимающегося вверх, и снижения тепловой нагрузки на геофизический кабель 45. Провод 41 питания зафиксирован на удлинительной штанге изолентой 42. Такая сборка штанг 36-38 обеспечивает целостность конструкции при механических и температурных нагрузках в процессе горения заряда и при его спуске в скважину. Заряд снабжен автономным измерительным блоком 46, а нижний конус 27 выполнен со сквозным центральным каналом для несущей штанги 30 (нижней части несущей штанги 30-32), на нижнем конце которой установлен измерительный блок 46. Конус 27 зафиксирован гайкой 43. Измерительный блок 46 выполнен с датчиками давления, температуры (не изображены). Геофизический кабель 47 предназначен для спуска и подъема в скважине приборов и аппаратов, в том числе, и заряда для гидроразрыва пласта, их питания электроэнергией. Наземный пульт (не изображен) включает систему для защиты заряда от несанкционированного инициирования на земной поверхности.

Сборку бескорпусного секционного заряда по фиг. 1 и по фиг. 2 производят путем пропускания их соответствующих деталей для сбора секций заряда через центральный канал (фиг. 6,7) каждой секции заряда и стягивания их вплотную друг к другу другими деталями оснастки.

На фиг. 3 обозначены:

- эксплуатационная колонна 49 (колонна обсадных труб);

- геофизический кабель 50;

- кабельная головка 51;

- заряд 52;

- продуктивный пласт 53;

- перфорационные отверстия (каналы) 54;

- измерительный прибор 55, подключенный к наземному пульту;

- негазифицированная жидкость 56.

Способ газогидравлического воздействия на пласт осуществляется в следующей последовательности:

1. Производят первоначальные операции подготовки скважины в соответствии с отраслевыми инструкциями в нефтедобывающей промышленности.

2. Поднимают подземное подготовительное оборудование, использованное при работах по п. 1, из скважины.

3. Шаблонируют скважину шаблоном, для чего опускают в скважину шаблон с диаметром, превышающим диаметр позднее спускаемого оборудования и меньше внутреннего диаметра эксплуатационной колонны.

4. Производят размерную привязку интервалов перфорации ГК и ЛМ (обычно эту операцию совмещают с шаблонированием), где ГК - зонд гамма каратожа, ЛМ - локатор муфт. ГК и ЛМ комплектуются в одной сборке. Каротаж представляет собой детальное исследование строения разреза скважины с помощью спуска-подъема в ней геофизического зонда и определение фактического положения интервала перфорации для обеспечения точной установки перфоратора в планируемом интервале пласта.

5. Производят глубокопроникающую кумулятивную перфорацию обсадных труб эксплуатационной колонны скважины по всем интервалам обрабатываемого пласта (считается, что наличие глубокопроникающей перфорации имеет место, если при проведении перфорации использовались перфорационные системы с глубиной пробития перфорационных каналов не менее 700 мм). Используемые кумулятивные перфораторы (конструкция которых в настоящей заявке не рассматривается) имеют заряды с конусной выемкой, обычно облицованной медью, которые позволяют фокусировать взрывные потоки газов с расплавленным медным пестом и направлять их с большой скоростью перпендикулярно к стенкам эксплуатационной колонны скважины

6. Рассчитывают массу секций заряда первого сжигания из условия, что максимальное развиваемое давление Рр - давление разрыва в интервале обработки скважины должно превышать горное давление Рг в 1,5 раза. Заполняют скважину водой.

7. Производят сборку первого бескорпусного секционного заряда (на поверхности возле устья скважины) путем пропускания деталей оснастки для сбора секций заряда через центральный канал каждой секции заряда и стягивания их вплотную друг к другу другими деталями оснастки.

8. Производят спуск заряда первого сжигания в скважину - заряд опускают в интервал перфорации эксплуатационной колонны. Контроль за фактическим положением интервала перфорации осуществляется, например, локатором муфт (ЛМ), индукционным дефектомером (ДСИ), и электротермометрами.

9. Производят одновременное сжигание секций заряда перового сжигания путем электрического запуска узла 1 (секции) воспламенения.

При этом команде оператора с наземного пульта производят запуск воспламенительной секции подачей электрического тока по геофизическому кабелю 22 и проводу 18 питания на узел воспламенения 1. Горение порохового заряда в скважине, заполненной жидкостью, сопровождается резким повышением давления и температуры. Одновременное сжигание секций, изготовленных из составов баллиститных ракетных топлив, обеспечивает горение в водной, водонефтяной и кислотной среде, путем электрического запуска узла 1 воспламенения и последующего возгорания секций заряда с образованием продуктов горения, повышения давления и температуры. Заряд устанавливают в скважине так, чтобы секции заряда находились напротив перфорационных отверстий (см. фиг 3) и газообразные продукты горения секций заряда воздействовали на обрабатываемый пласт, Для импульсного воздействия газов с высокой температурой и давлением осуществляют одновременное горение секций заряда по всей их поверхности.

Горение заряда сопровождается образованием большого количества аэрозольных частиц - дыма, что и является причиной образования дымо-газовой горючей смеси, которой обусловлено практически неизбежное, но неопределенное (непредсказуемое) по величине, увеличение коэффициента объемного сжатия скважинной жидкости и уменьшение ее плотности. Это явление обусловлено тем, что скважина перед вторым сжиганием заполняется поступающей из пласта жидкостью, в которой в большом количестве присутствуют газы, образовавшиеся при первом сжигании, и пластовые газы. Газы, растворенные в скважинной жидкости, существенно снижают ее плотность, тем самым, значение коэффициента объемного сжатия газифицированной скважинной жидкости кратно увеличивается.

Воспламенение и последующее горение заряда отмечается изменением тока, наблюдаемым по амперметру, звуковыми эффектами из скважины, рывком геофизического кабеля. Спустя 5 мин после окончания горения заряда дается команда на подъем оснастки.

10. Подъем оснастки из скважины.

11. Удаляют скважинную жидкость, газифицированную газообразными продуктами горения заряда первого сжигания, содержащую взвешенные продукты первого сжигания и имеющую в следствие ее газификации продуктами первого сгорания пониженную плотность, путем подачи в скважину (на ее дно - до забоя) негазифицированной жидкости, как правило, воды, для чего выполняют спуск подземного промывочного оборудования в скважину, заполнение скважины водой и промывку скважины до твердого забоя, с последующим заполнением скважины негазифицированной жидкостью глушения и подъемом подземного промывочного оборудования. В качестве оборудования используется, предпочтительно, насос трехплунжерный горизонтальный

При определении параметров данной операции используют следующие входные параметры:

- глубину скважины;

- диаметр обсадной колонны;

- диаметр труб подачи жидкостей в скважину;

- размер твердых частиц (максимальный);

- глубина нахождения твердых частиц;

и по входным данным определяют по стандартным методикам:

- давление на нагнетании (выкиде) насоса;

- давление на забое скважины;

- необходимую мощность двигателя;

- время на обработку скважины для твердых частиц;

- разрушающее действие струи при промывке скважины, чтобы продуктивный пласт не был подвержен потенциальному повреждению глушением скважины.

Признаком завершения операции подачи в скважину негазифицированной жидкости (глушения скважины) является соответствие плотности жидкости выходящей из скважины плотности жидкости глушения, при этом объем и расход прокаченной негазифицированной жидкости глушения должен быть не менее расчетной величины, выбранной из условия обеспечения величины скорости восходящего потока жидкости в скважине большей, чем величина скорости свободного падения в ней твердых частиц (под собственным весом), в общем количестве, достаточном для ее проникновения в пласт и не допущения поступления пластовых газов и пластовой жидкости в обсадную трубу.

Глушение скважины (при завершении подачи в скважину негазифицированной жидкости) направлено на создание обратного давления на горные пласты и предотвращение появления флюида породы.

Если пластовое давление меньше гидростатического (определяемого высотой столба жидкости от устья до интервала перфорации скважины), тогда вода является жидкостью глушения и при заполнении водой до устья (в интервале перфорации создается давление больше пластового) и вода задавливается в пласт, препятствуя проникновению пластовых газов и пластовой жидкости в обсадную колонну. Если пластовое давление больше гидростатического, тогда используется жидкость глушения с плотностью, обеспечивающей давление в интервале перфорации выше пластового и жидкость глушения задавливается в пласт, препятствуя проникновению пластовых газов и пластовой жидкости в обсадную трубу (колонну). Поэтому при поддержании уровня жидкости до устья временные интервалы не влияют на качество работ и обычно минимизируются исполнителями, чтобы уменьшить время простоя скважины.

Если имеет место превышение пластового давления над гидростатическим, в качестве негазифицированной жидкости для заполнения скважины используют водный солевой раствор, содержащий соли из группы: NaCl, KCl.

Вследствие данной операции перед вторым сжиганием реализуется замена скважинной жидкости, газифицированной газообразными продуктами горения первого сжигания, на негазифицированную жидкость. В результате этого удаления жидкости, в которой в большом количестве присутствовали газы и взвеси, образовавшиеся при первом сжигании, и недопущение поступления пластовых газов и жидкостей в эксплуатационную колонну, массу секций бескорпусного секционного заряда второго сжигания выбирают исходя из значений коэффициента сжимаемости и скорости звука в негазифицированной скважинной жидкости. Таким образом, перед сгоранием заряда второго сжигания скважина заполнена негазифицированной жидкостью глушения. Одновременно становится возможным уменьшение требуемой массы заряда второго сжигания (по последующему пункту 12) благодаря уменьшению значения коэффициента сжимаемости и скорости звука в негазифицированной жидкости глушения и, тем самым, уменьшению коэффициента объемного сжатия жидкости в скважине перед сгоранием заряда второго сжигания.

12. Рассчитывают массу сжигаемых секций заряда второго сжигания, учитывая глубину залегания обрабатываемого пласта.

Рассчитывают массу секций заряда для второго сжигания из составов баллиститных ракетных топлив третьей энергетической группы марок типа РСТ-4К, РНДСИ 5К, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде, путем электрического запуска узла воспламенения, из условий, что максимальное развиваемое деление Рр - давление разрыва в интервале обработки скважины должно превышать превышающее предел прочности горных пород при первом сжигании и превышать горное давление, в соответствии с соотношением

исходя из значений коэффициента сжимаемости и скорости звука в негазифицированной скважинной жидкости.

13. Вторая сборка (на поверхности возле устья скважины) бескорпусного секционного заряда второго сжигания путем пропускания деталей оснастки для сбора секций заряда через центральный канал каждой секции заряда и стягивания их вплотную друг к другу другими деталями оснастки. Проводят вторую операцию сборки и спуска секций заряда в том же интервале пласта.

14. Одновременное сжигание секций заряда второго сжигания.

Продукты сгорания вместе с жидкостью, находящейся в скважине, под действием давления, превышающего горное его, с высокой скоростью залавливаются через перфорационные каналы или естественные трещины в пласт и воздействуют на пласт, выполняя роль клина, раздвигающего горную породу. Образующиеся при горении секций 3 (для заряда ЗГРП 01-1 позиции указаны по фиг. 1) продукты сгорания - газы (Н₂, СО, СО₂, N₂, Cl₂) снижают вязкость и поверхностное натяжение нефти на контактах с горной породой за счет растворения в ней СО, СО₂, N₂ и частично растворяют карбонатные породы, цемент и окислы железа образующейся соляной кислотой. Механическое воздействие пороховых газов на пласт (трещинообразование) обеспечивается за счет создаваемого в скважине давления, темпа его роста и времени действия избыточного давления. Тепловое воздействие проявляется в расплавлении твердых парафиновых и асфальто-смолистных отложений горячими пороховыми газами, движущимися с высокой скоростью по перфорационным каналам и трещинам. При горении заряда образуется большое количество горячих газов, которые через окна 24-25 попадают в эксплуатационную колонну. Под воздействием давления продуктов сгорания - пороховых газов жидкость смещается по стволу скважины. Горячие пороховые газы поднимают столб скважинной жидкости вверх, но так как в обсадной колонне, заполненной до устья, столб скважинной жидкости имеет большую массу, то за счет инерции, то он играет роль пакера. Поэтому горение происходит в зоне перфорации аналогично горению в замкнутом объеме, что приводит к резкому повышению давления в скважине в интервале обработки (перфорации). При повышении давления выше горного (в зависимости от характеристик пласта), происходит разрыв пласта с образованием трещин полостей в призабойной зоне пласта и переток скважинной жидкости и горячих газов в образовавшиеся трещины..

В результате обеспечения оптимального физического состояния жидкости в скважине перед вторым сжиганием (т.е. значения коэффициента объемного сжатия) выбор надлежащей массы секций заряда второго сжигания становится более точным, позволяющим гарантированно обеспечить требуемое объемное развитие трещин и полостей в прискважинной зоне обрабатываемого пласта при втором сжигании без непроизводительного расходования топлива. Такой - более объемный и эффективный разрыв пласта обеспечивает более надежную гидродинамическую связь с удаленной зоной пласта, обладающей естественными фильтрационными свойствами и позволяет обеспечить более интенсивный приток нефти.

Контроль за работой заряда и оценку его воздействия на пласт осуществляют при помощи непрерывно регистрируемых графиков давления и температуры, виброакустических параметров во времени, с помощью автономного измерительного блока 23 с автономными датчиками типа КСА.

15 Подъем оснастки из скважины. После окончания работ металлические части оснастки с измерительным блоком поднимаются из скважины и могут использоваться повторно.

16 Анализ результатов газогидравлического воздействия на пласт.

17 Запуск скважины в эксплуатацию в соответствии с отраслевыми инструкциями в нефтедобывающей промышленности.

При этом в результате использования настоящего изобретения (при той же массе секций заряда, что в прототипе), создается более высокое давлении и, следовательно образуется более протяженная сеть трещин гидроразрыва, что способствует более интенсивному притоку нефти.

Таким образом, согласно настоящему изобретению осуществляют импульсное воздействие газов с высокой температурой и давлением. Эту операцию повторяют два и раза. Массу секций заряда рассчитывают из условий, что максимальное развиваемое деление Рр - давление разрыва в интервале обработки скважины должно превышать горное давление Рг в 1,5 раза при первом сжигании, а в последующем сжигании максимальное развиваемое давление в интервале обработки скважины должно превышать давление, развиваемое при первом сгорании (горное давление Рг - давление, обусловленное весом толщи вышележащих пород над интервалом обработки Рг=ρ_пН, где ρ_п - средняя плотность вышележащих пород, Н - глубина определения значения горного давления).

Массу секций второго сжигания определяют исходя из следующих соотношений:

- из формулы Нобля и Абеля для максимального давления при сжигании порохов в замкнутом объеме без учета тепловых потерь на нагрев жидкости в интервале расположения секций заряда

Pmax=f⋅Δ/(1-α⋅Δ)

а с учетом тепловых потерь на нагрев жидкости в интервале расположения секций заряда

где Pmax мксимальное давление, f сила пороха, ϕ эмпирический коэффициент, учитывающий тепловые потери на нагрев жидкости до газообразного состояния в интервале расположения секций заряда, Δ=M/Vг плотность заряжания (отношение массы М к объему Vг), α - коволюм пороха. Принимаем этот объем Vг за объем, образованный в скважине за счет сжатия скважинной жидкости давлением при сгорании секций заряда искомой массы выше и ниже секций заряда и объема интервала, занимаемом секциями заряда, а максимальное давление считаем заданным и равным разности давления разрыва и гидростатического (Рр-Ро). Тогда формула (1) примет вид

Где:

- V₀ объема интервала, занимаемый секциями заряда и определяется из соотношения :

- V₁ объем, образованный в скважине, за счет сжатия скважинной жидкости выше секций заряда. Чтобы найти этот объем нужно найти объем подвергаемый сжатию, обозначив его V₀₁, выше секций заряда при горении заряда и V₀₁ равен произведению времени горения заряда на скорость распространения волны сжатия с (скорости звука в жидкости). Время горения заряда равно половине толщины свода секции заряда , деленную на среднюю скорость горения заряда u=a+0,5в⋅(Рр-Ро), где а и в коэффициенты закона скорости горения и тогда

где Д - внутренний диаметр обсадной трубы эксплуатационной колонны скважины и, переписав выражение определения коэффициента объемного сжатия жидкости β=(-dV₀₁/V₀₁)/dP в форме βdP=-dV₀₁/V₀₁ и, интегрируя это выражение от Ро до Рр, полагая что давление от Ро до Рр нарастает линейно см. фиг. 4, получим

Это выражение для V₁ актуально для скважин в которых время горения секций заряда меньше, чем время распространения волны сжатия по скважинной жидкости от интервала воздействия до устья скважины;

- V 2 объем, образованный в скважине за счет сжатия интервала скважинной жидкости ниже секций заряда до забоя, протяженностью L, и

(здесь полагаем, что сжатие этого интервала происходит полностью потому, что расстояние до забоя составляет несколько метров).

Складывая значения формул (4), (5) и (6), получим:

Подставим значение Vг из формулы (7) и после стандартных алгебраических преобразований получим значение требуемой массы:

где:

- β - коэффициент сжимаемости негазифицированной жидкости;

- с - скорость звука в негазифицированной жидкости;

- Рр - давление разрыва, создаваемое при сгорании заряда;

- Ро - гидростатическое давление;

- f - сила пороха;

- α - коволюм пороха;

- Д - внутренний диаметр эксплуатационной колонны;

- L - расстояние от нижней секции заряда до забоя (дна скважины);

- - половина толщины свода секции заряда;

- u=а+0,5в⋅(Рр-Ро) скорость горения секций заряда, а я в коэффициенты закона скорости горения;

- β - коэффициент объемного сжатия негазифицированной жидкости глушения;

- Sc-площадь сечения секции заряда;

- ρ - плотность секций заряда;

- ϕ-эмпирический коэффициент, учитывающий тепловые потери на нагрев жидкости до газообразного состояния в интервале расположения секций заряда и равен отношению площади сечения секции заряда к площади сечения скважины - 4⋅Sc/(π⋅Д²).

/ - знак деления (дроби).

Получение технического результата в результате реализации настоящего технического решения подтверждают натурные испытания, результаты которых приведены на фиг. 4 и фиг. 5.

На фиг. 4 - график 57 результатов второго сжигания (воздействия на пласт) без удаления газифицированной жидкости - ожидаемое давление 582,2 атм., а получено 384,4 атм., т.е. второе сжигание на фиг. 4 в газифицированной жидкости не произвело требуемого воздействия, на фиг. 5 - график 58 результатов второго сжигания, т.е. воздействия на пласт по настоящему способу - после удаления газифицированной жидкости и заполнения скважины негазифицированной жидкостью перед вторым сжиганием. В этом случае ожидаемое давление - 626 атм., фактически получено 623 атм, таким образом, произведено требуемое воздействие на пласт.

В результате использования изобретения обеспечивается снижение влияния газопрявления при сгорании заряда второго сжигания для эффективного развития в прискважинной зоне обрабатываемого пласта трещин и полостей чтобы осуществить разрыв пласта и обеспечить более интенсивный приток нефти.

При этом обеспечивается более надежной гидродинамическую связь с удаленной зоной пласта, обладающей естественными фильтрационными свойствами,, осуществление более объемный и эффективный разрыв пласта так, 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 и обеспечить более интенсивный приток нефти.

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для газогидравлического воздействия на пласт. Способ включает перфорацию эксплуатационной колонны скважины в заданном интервале пласта, сборку и спуск в скважину бескорпусного секционного заряда первого сжигания, сжигание воспламенительных и основных секций заряда первого сжигания с образованием продуктов горения, повышением давления и температуры и созданием в интервале перфорации пласта искусственных трещин и полостей, а также последующую сборку и спуск в скважину бескорпусного секционного заряда второго сжигания, установку этого заряда в том же интервале перфорации пласта и сжигание воспламенительных и основных секций заряда второго сжигания с образованием продуктов горения, развитием и углубления искусственных трещин и полостей. Причем после сгорания заряда первого сжигания удаляют скважинную жидкость, газифицированную газообразными и твердыми продуктами горения заряда первого сжигания, заполняют скважину негазифицированной жидкостью с более высоким гидростатическим давлением в интервале перфорации, чем предварительно определенное пластовое давление в интервале перфорации, причем указанное заполнение негазифицированной жидкостью производят до момента достижения значением плотности жидкости, выходящей из устья скважины, значения плотности негазифицированной жидкости, подаваемой с расходом, выбранным из условия обеспечения величины скорости восходящего потока жидкости в скважине большей, чем величина скорости падения в ней твердых частиц, в количестве, достаточном для ее проникновения в пласт и не допущения поступления пластовых газов и жидкости в эксплуатационную колонну. Технический результат заключается в повышении эффективности газогидравлического воздействия на пласт. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ газогидравлического воздействия на пласт, включающий перфорацию эксплуатационной колонны скважины в заданном интервале пласта, сборку и спуск в скважину бескорпусного секционного заряда первого сжигания, масса основных секций которого выбрана из условия создания давления разрыва в интервале перфорации, установку этого заряда таким образом, чтобы его секции находились напротив перфорационных отверстий эксплуатационной колонны, и сжигание воспламенительных и основных секций заряда первого сжигания с образованием продуктов горения, повышением давления и температуры и созданием в интервале перфорации пласта искусственных трещин и полостей, а также последующую сборку и спуск в скважину бескорпусного секционного заряда второго сжигания, установку этого заряда в том же интервале перфорации пласта таким образом, чтобы его секции находились напротив перфорационных отверстий эксплуатационной колонны, и сжигание воспламенительных и основных секций заряда второго сжигания с образованием продуктов горения, повышением давления и температуры и развитием и углубления искусственных трещин и полостей, отличающийся тем, что после сгорания заряда первого сжигания удаляют скважинную жидкость, газифицированную газообразными и твердыми продуктами горения заряда первого сжигания, заполняют скважину негазифицированной жидкостью с более высоким гидростатическим давлением в интервале перфорации, чем предварительно определенное пластовое давление в интервале перфорации, причем указанное заполнение негазифицированной жидкостью производят до момента достижения значением плотности жидкости, выходящей из устья скважины, значения плотности негазифицированной жидкости, подаваемой с расходом, выбранным из условия обеспечения величины скорости восходящего потока жидкости в скважине большей, чем величина скорости падения в ней твердых частиц, в общем количестве, достаточном для ее проникновения в пласт и не допущения поступления пластовых газов и пластовой жидкости в эксплуатационную колонну.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае, если пластовое давление в интервале перфорации меньше гидростатического, в качестве негазифицированной жидкости используется негазифицированная вода, а в случае если пластовое давление в интервале перфорации больше гидростатического давления воды для этого интервала, в качестве негазифицированной жидкости используется негазифицированная жидкость с плотностью, превышающей плотность воды и создающей гидростатическое давление в интервале перфорации выше пластового.

3. Способ по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что при превышении в интервале перфорации пластового давления над гидростатическим, в качестве негазифицированной жидкости скважины используют водный солевой раствор, содержащий соли из группы: NaCl, KCl.

4. Способ по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что массу секций заряда второго сжигания определяют из следующего соотношения:

где:

- β - коэффициент сжимаемости негазифицированной жидкости;

- с - скорость звука в негазифицированной жидкости;

- Рр - давление разрыва, создаваемое при сгорании заряда;

- Ро - гидростатическое давление на интервале перфорации;

- f - сила пороха (топлива секций заряда);

- α - коволюм пороха;

- Д - внутренний диаметр труб эксплуатационной колонны;

- L - расстояние от нижней секции заряда до забоя;

- - половина толщины свода секции заряда;

- u=а+0,5в⋅(Рр-Ро) скорость горения секций заряда, а и в, коэффициенты закона скорости горения;

- Sc - площадь сечения секции заряда;

- ρ - плотность секций заряда;

- ϕ=4⋅Sc/(π⋅Д²) - эмпирический коэффициент, учитывающий тепловые потери на нагрев жидкости в интервале расположения секций заряда.

5. Способ по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что воспламенительные и основные секции заряда первого и секции заряда второго сжигания выполнены из составов баллиститных ракетных топлив третьей энергетической группы, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде.

6. Способ по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что воспламенительные и основные секции заряда первого и секции заряда второго сжигания выполнены из составов баллиститных ракетных топлив марок типа РСТ-4К, РНДСИ 5К.

7. Способ по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что сжигание каждого из зарядов осуществляют путем запуска узла воспламенения и последующего возгорания одной или нескольких воспламенительных секций заряда и основных секций заряда.

8. Способ по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что сжигание основных секций каждого из зарядов производят одновременно.