УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОСТАДИЙНОЙ ОБРАБОТКИ ПЛАСТА Российский патент 2019 года по МПК E21B43/263 E21B23/14 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, к устройствам для разрыва и термогазодинамической обработки нефтегазоносных пластов пороховыми газами для улучшения гидродинамической связи скважины с пластом, а конкретно к пороховым генераторам давления и может быть использовано для интенсификации добычи нефти и газа, вызванной механическим, тепловым и физико-химическим воздействием на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива.

Известен заряд бескорпусной секционный для газ гидравлического воздействия на пласт по патенту РФ на изобретение №2178072. Изобретение относится к средствам для добычи нефти. Обеспечивает возможность осуществления воздействия на пласт с его разрывом без нарушения целостности обсадной колонны и цементного камня. Сущность изобретения: устройство включает узел воспламенения и секции заряда. Они изготовлены из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной средах. Устройство имеет одну или несколько воспламенительных секций для возгорания основных секций и оснастку с деталями для сбора секций заряда, пропущенных через центральный канал каждой секции, и детали, обеспечивающие стягивание секций вплотную друг к другу. Оснастка представляет собой составную штангу, пропущенную через центральный канал каждой секции. К обоим концам секции присоединены конусы-центраторы обтекаемой формы для стягивания и поджатая секций заряда вплотную друг к другу. Диаметр конусов-центраторов превышает диаметр секций заряда. Между секциями заряда установлены центрирующие кольца. Они превышают по диаметру диаметр секций заряда. При этом кольца изготовлены таким образом, чтобы не менялась динамика горения заряда. Между нижним конусом-центратором и секциями заряда расположен рассеиватель для отвода газового потока, образующегося при горении заряда. При этом сумма проходных отверстий рассеивателя рассчитана таким образом, чтобы обеспечить минимальную нагрузку на штангу и обеспечить максимальное воздействие на пласт.Между верхним конусом и секциями заряда установлена пружина для упругого поджатая секций и компенсации линейного расширения заряда при высоких температурах в скважине. Секции заряда не имеют защитного покрытия. Это обеспечивает горение по всей поверхности заряда. Конфигурация центрального канала имеет форму с развитой поверхностью горения для обеспечения заданного времени горения и давления для гидроразрыва пласта. Недостатком заряда является отсутствие возможности обработки нескольких пластов.

Известно устройство для термогазодинамического воздействия на пласт по патенту РФ на полезную модель №175566. Устройство содержит бескорпусную группу секций небронированного заряда с осевым каналом, конфигурация которого имеет форму с развитой поверхностью, из твердого топлива, обеспечивающего горение в водной, водонефтяной и кислотной средах, размещенную вдоль составной несущей штанги. На концах несущей штанги установлены стягивающие группу секций заряда верхний и нижний конусы-центраторы, диаметр которых превышает диаметр секций заряда. Между секциями заряда размещены центрирующие кольца, превышающие по диаметру диаметр секций заряда. Одна из секций - воспламенительная с узлом воспламенения в виде нагревательной спирали, соединенной с геофизическим кабелем проводом питания, пропущенным по осевому каналу зарядов. При этом конусы выполнены с периферийными отверстиями для прохода продуктов сгорания. В устройство введена группа секций бронированного по внешней поверхности заряда, соотношение количества секций которой относительно группы секций небронированного заряда составляет 1:3, причем воспламенительная секция размещена в середине группы секций небронированного заряда, а спираль вмонтирована в кольцевую канавку на наружной поверхности воспламенительной секции заряда. Недостатком устройства для термогазодинамического воздействия на пласт является отсутствие возможности обработки нескольких пластов и контроля эффективности обработки.

Известен пороховой генератор по патенту РФ на полезную модель №108796. Пороховой генератор спускается в скважину на геофизическом кабеле и состоит из пороховых зарядов выполненных в виде цилиндров, соединенных между крышкой и поддоном тросом, в верхнем и нижнем пороховых зарядах установлены спирали накаливания, электрически соединенные с геофизическим кабелем, между геофизическим кабелем и спиралями накаливания установлен дополнительный кабель, одна сторона которого присоединена к спиралям накаливания, а другая соединена через разъем с геофизическим кабелем, причем трос также закреплен на разъеме со стороны пороховых зарядов. Со стороны геофизического кабеля разъем выполнен в виде наконечника, а со стороны пороховых зарядов в виде головки скважинного прибора. Разъем выполнен с предотвращающим самопроизвольное разъединение механическим креплением, например в виде накидной гайки. Перед спиралями накаливания установлены разъемы спиралей накаливания. Соединенные разъемы спиралей накаливания выполнены с предотвращающим самопроизвольное разъединение механическим креплением. Дополнительный кабель может быть прикреплен к тросу хомутами. Недостатком порохового генератора является отсутствие возможности термогазодинамической обработки нескольких пластов и контроля ее эффективности.

Известен пороховой генератор по патенту РФ на полезную модель №133872. Пороховой генератор состоит из пороховых зарядов, вдоль оси которых выполнены отверстия. Пороховые заряды соединены между собой тросом между верхней и нижней крышками. В верхнем и нижнем пороховых зарядах установлены спирали накаливания. Трос, соединяющий отдельные пороховые заряды закреплен неподвижно в верхней крышке, проходит через отверстия, выполненные в пороховых зарядах и в нижней крышке, ниже которой установлено устройство регулировки натяжения троса. Причем на боковой поверхности пороховых зарядов в пазах установлены ролики, а верхняя крышка выполнена с внутренней резьбой для соединения с гибкой трубой колтюбинга. В верхней крышке выполнены отверстие для проводов электрического соединения спиралей накаливания с проводниками, расположенными в гибкой трубе. Ролики установлены на осях, закрепленных в отверстиях, расположенных перпендикулярно пазам, выполненным на боковой поверхности пороховых зарядов. В нижнем пороховом заряде выполнены отверстия для выравнивания давления снаружи и внутри порохового генератора, при его спуске в скважину. Наружная поверхность нижнего порохового заряда выполнена конусной. Ролики и оси выполнены из того же материала, что и пороховые заряды. Устройство натяжения троса выполнено в виде втулки с цилиндрической вставкой, выполненной с пазом вдоль оси в боковую поверхность которой упирается стопорный винт. Цилиндрическая вставка выполнена из пружинной, стали. Отверстие, выполненное в цилиндрической вставке равно или больше диаметра троса. Недостатком порохового генератора является отсутствие возможности термогазодинамической обработки нескольких пластов и контроля параметров их обработки.

Известен способ перфорации и обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления по патенту РФ на изобретение №2162514. Использование: при эксплуатации нефтяных скважин. Обеспечивает за один спуск-подъем аппаратуры перфорацию скважины, очистку обрабатываемого пласта от кольматирующих элементов, а сформированных перфорационных каналов в пласте - от корочки запекания и осуществление разрыва пласта. Сущность изобретения: способ и устройство для его осуществления включают перфорацию скважины корпусным кумулятивным перфоратором и имплозионное воздействие непосредственно в момент окончания перфорации скважины для очистки сформированных перфорационных каналов от корочки запекания с помощью имплозионной камеры, внутренняя полость которой соединена с внутренней полостью перфоратора. После этого срабатывает термогазогенератор, соединенный с перфоратором соединительным узлом, в котором имеется решетка с заглушенными отверстиями. Горячие газы термогазогенератора поступают в корпус перфоратора и через отверстия в его корпусе для кумулятивных зарядов по предварительно сформированным перфорационным каналам воздействуют непосредственно на перфорационные каналы в пласте. Выбирают характеристики заряда, конструкцию устройства и условия работы такими, чтобы обеспечить давление гидроразрыва пласта. Для оценки характера воздействия и характера работы устройства оно снабжено датчиками температуры и давления, а для определения места расположения прибора в скважине - локатором муфт. Недостатком изобретения является низкая эффективность воздействия на пласт, возможный выброс из скважины добываемого продукта, быстрое снижение давления в интервале обработки, а также сложность конструкции устройства.

Известно устройство для вскрытия и газодинамической обработки пласта по патенту РФ на полезную модель №118353 (прототип). Устройство для вскрытия и газодинамической обработки пласта, спускаемое в скважину на геофизическом кабеле, состоит из порохового заряда с центральным каналом внутри которого на каркасе установлены кумулятивные заряды, соединенные детонирующим шнуром с взрывным патроном, который проводом электрически соединен с геофизическим кабелем, функции корпуса выполняет пороховой заряд, выполненный с отверстиями, напротив которых на каркасе установлены кумулятивные заряды. Каркас зафиксирован от радиального и осевого перемещения в центральном канале порохового заряда, причем диаметр отверстий, выполненных в пороховом заряде больше диаметра кумулятивной струи. Отверстия в пороховом заряде выполнены расширяющимися в сторону от кумулятивных зарядов. Дня фиксации каркаса от радиального и осевого перемещения на каркасе выполнен выступ, входящий в паз выполненный внутри центрального канала порохового заряда. Снизу центральный канал порохового заряда закрыт обтекателем. Обтекатель выполнен с отверстием и крепится гайкой к шпильке закрепленной снизу каркаса. Обтекатель выполняет функции дополнительного порохового заряда. Кумулятивные заряды и взрывной патрон выполнены герметичными. Для активации кумулятивных зарядов применяются влагостойкие детонирующие шнуры Пороховой заряд между отверстиями выполнен с пазами, заполненными высокоэнергетическим композиционным материалом. В качестве высокоэнергетического композиционного материала используется порошок нано размерного алюминия. Недостатком устройства для вскрытия и газодинамической обработки пласта является отсутствие возможности обработки нескольких пластов и контроля параметров их обработки.

Задачами создания изобретения являются повышение функциональных возможностей, за счет модульной конструкции устройства, обеспечивающего обработку нескольких нефтегазоносных пластов в необходимой последовательности и контроль эффективности воздействия пороховых зарядов каждой рабочей секции на пласт.

Решение указанных задач достигнуто за счет того, что устройство для многостадийной обработки пласта, спускаемое в скважину на колонне труб включающее пороховые заряды, установленные в корпусе, спирали накаливания, электрически соединенные с геофизическим кабелем, датчики температуры и давления, устройство для многостадийной обработки пласта выполнено модульным из отдельных секций, корпуса которых соединяются между собой на резьбе, на торцах каждого корпуса установлены контакты, соединяющие отдельные секции электрически, один из контактов в паре подпружинен и выполнен подвижным в осевом направлении, в каждой рабочей секции провода идущие от контактов и спиралей накаливания установленных в верхнем и нижнем пороховых зарядах соединены через гермовводы с контроллером расположенном в герметичном отсеке, в котором установлены соединенные с контроллером датчики температуры и давления, причем корпус рабочей секции перфорирован отверстиями, секции соединяются в, следующей последовательности: сверху устанавливается соединительная секция, предназначенная для соединения устройства для многостадийной обработки пласта с геофизическим кабелем, ниже нее устанавливается рабочая секция, в случае обработки двух и более пластов, через дистанционные секции устанавливаются, дополнительные рабочие секции, количество дистанционных и рабочих секций выбирается из условия точной установки рабочих секций напротив обрабатываемых пластов, к нижней рабочей секции крепится направляющий конусный башмак, на ребрах которого установлены на осях ролики, облегчающие спуск собранного устройства в скважину. В соединительной секции сверху установлен магнитный контакт для соединения с геофизическим кабелем, а снизу контакт, соединяющий электрически соединительную и рабочую секции, причем верхний магнитный контакт и нижний контакт соединены проводом. В дистанционной секции верхний и нижний контакты выполнены подвижными, подпружинены в осевом направлении и соединены проводом. В корпусах соединительной и дистанционной секций выполнены отверстия для выравнивания давления снаружи и внутри секции. По геофизическому кабелю осуществляется электропитание контроллера и передаются команды на активацию пороховых зарядов, а также передается информация с датчиков температуры и давления на персональный компьютер, установленный на поверхности. В рабочей секции длина полости для установки пороховых зарядов может изменяться кратно длине порохового заряда.

Проведенные патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, промышленной применимостью и изобретательским уровнем, т.е. удовлетворяет всем критериям изобретения. Изобретательский уровень подтверждается тем, что новая совокупность существенных признаков обеспечивает получение нового технического результата. Промышленная применимость обусловлена тем, что при изготовлении устройства для многостадийной обработки пласта применяются недефицитные материалы и известные технологии.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1…9, где:

на фиг. 1 показано устройство для многостадийной обработки пласта в скважине,

на фиг. 2 показан, вариант сборки устройства для многостадийной обработки пласта,

на фиг. 3 показана соединительная секция,

на фиг. 4 показана рабочая секция,

на фиг. 5 показана дистанционная секция,

на фиг. 6 приведен направляющий конусный башмак,

на фиг. 7 приведен разрез А-А направляющего башмака,

на фиг. 8 показана рабочая секция с гермовводами другой конструкции,

на фиг. 9 показано соединение соединительной и рабочей секций.

Устройство для многостадийной обработки пласта, спускаемое в скважину на колонне труб 1 состоит из пороховых зарядов 2, установленных в корпусе 3, спирали накаливания 4, электрически соединены с геофизическим кабелем 5, датчики температуры 6 и давления 7, устройство для многостадийной обработки пласта выполнено модульным из отдельных секций, корпуса которых 3 соединяются между собой на резьбе 8, на торцах каждого корпуса установлены контакты 9, соединяющие отдельные секции электрически, один из контактов 10 в паре подпружинен пружиной 11 и выполнен подвижным в осевом направлении, в каждой рабочей секции 12 провода 13 идущие от контактов 9 и спиралей накаливания 4, установленных в верхнем и нижнем пороховых зарядах 2, соединены через гермовводы 14 с контроллером 15, расположенном в герметичном отсеке 16, в котором установлены соединенные с контроллером 15 датчики температуры 6 и давления 7, причем корпус 3 рабочей секции 12 перфорирован отверстиями 17, секции соединяются в следующей последовательности: сверху устанавливается соединительная секция 18 предназначенная для соединения устройства для многостадийной обработки пласта с геофизическим кабелем 5, ниже нее устанавливается рабочая секция 12, в случае обработки двух и более пластов, через дистанционные секции 19 устанавливаются, дополнительные рабочие секции 12, количество дистанционных 19 и рабочих секций 12 выбирается из условия точной установки рабочих секций 12 напротив обрабатываемых пластов 20, к нижней рабочей секции 12 крепится направляющий конусный башмак 21, на ребрах 22 которого, установлены на осях 23 ролики 24, облегчающие спуск собранного устройства в скважину. В соединительной секции 18 сверху установлен магнитный контакт 25 для соединения с геофизическим кабелем 5, а снизу контакт 10, соединяющий электрически соединительную 18 и рабочую 12 секции, причем верхний магнитный контакт 25 и нижний контакт 10 соединены проводом 26. В дистанционной секции 19 верхний и нижний контакты выполнены подвижными 10, подпружинены пружиной 11 в осевом направлении и соединены проводом 27. В корпусах соединительной 18 и дистанционной 19 секций выполнены отверстия 28 для выравнивания давления снаружи и внутри секции. По геофизическому кабелю 5 осуществляется электропитание контроллера 15 и передаются команды на активацию пороховых зарядов 2, а также передается информация с датчиков температуры 6 и давления 7 на персональный компьютер 29, установленный на поверхности. В рабочей секции 12 длина полости L₀ для установки пороховых зарядов может изменяться кратно длине порохового заряда L₁.

Устройство для многостадийной обработки пласта работает следующим образом. Устройство собирают из отдельных секций в зависимости от количества продуктивных пластов 20 и их протяженности, к соединительной секции 18 присоединяют на резьбе 8 необходимое количество рабочих 12 и дистанционных секций 19 таким образом, чтобы рабочие секции 12 располагались напротив пластов 20, предназначенных для обработки. При соединении отдельных секций, контакты 9 и 10 соединяют отдельные секции электрически, при этом пружина 11 прижимает контакт 10 к контакту 9. В нижней части компоновки для снижения силы трения при спуске устройства установлен на резьбе 8 направляющий конусный башмак 21 с роликами 24. После спуска собранного устройства в скважину спускают геофизический кабель 5 до соединения с магнитным контактом 25 соединительной секции 18. Через провод 26 и подвижный контакт 10 соединительной секции 18, магнитный контакт 25 соединяется с контактом 9 рабочей секции 12 и через гермовводы 14 соединяется с контроллером 15 расположенном в герметичном отсеке 16. К контроллеру 15 подключены проводами датчики температуры 6 и давления 7. Выходные провода 13 с контроллера 15, через гермовводы 14 соединяются со спиралями накаливания 4 пороховых зарядов 2. Через дистанционные секции 19 провод проходит транзитом и подключается к контроллерам 15 дополнительных рабочих секций, при их наличии. Питание к контроллерам 15 поступает по геофизическому кабелю 5, к ним же поступает информация о температуре и давлении для оценки эффективности обработки нефтяного пласта. Вся полученная с датчиков температуры 6 и давления 7 информация передается на поверхность и обрабатывается на персональном компьютере 29. С поверхности подается адресный сигнал на активацию порохового заряда 2. Сигнал распознается одним из контроллеров 15, после чего он подает напряжение на спирали накаливания 4, пороховой заряд 2 активируется. Происходит термогазодинамическая обработка пласта с одновременным контролем температуры и давления.

Применение изобретения позволило:

1. Повысить эффективность воздействия на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива.

2. Обеспечить одновременную обработку нескольких пластов.

3. Повысить возможности по адаптации оборудования к скважинным условиям.

4. Передавать на поверхность информацию от датчиков температуры и давления.

5. Передавать с поверхности команды управления на активацию зарядов.

6. Контролировать эффективность воздействия пороховых зарядов на пласт.

Изобретение относится к устройствам для термогазодинамической обработки нефтегазоносных пластов пороховыми газами и может быть применено для интенсификации добычи нефти и газа, вызванной механическим, тепловым и физико-химическим воздействием на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива. Устройство включает пороховые заряды, установленные в корпусе, спирали накаливания, электрически соединенные с геофизическим кабелем, датчики температуры и давления. Устройство выполнено модульным из отдельных секций, корпусы которых соединяются между собой на резьбе, на торцах каждого корпуса установлены контакты, соединяющие отдельные секции электрически, один из контактов в паре подпружинен и выполнен подвижным в осевом направлении. В каждой рабочей секции провода, идущие от контактов и спиралей накаливания, установленных в верхнем и нижнем пороховых зарядах, соединены через гермовводы с контроллером, расположенным в герметичном отсеке, в котором установлены соединенные с контроллером датчики температуры и давления. Корпус рабочей секции перфорирован отверстиями, секции соединяются в следующей последовательности: сверху устанавливается соединительная секция, предназначенная для соединения устройства для многостадийной обработки пласта с геофизическим кабелем, ниже нее устанавливается рабочая секция, в случае обработки двух и более пластов через дистанционные секции устанавливаются дополнительные рабочие секции. Количество дистанционных и рабочих секций выбирается из условия точной установки рабочих секций напротив обрабатываемых пластов. К нижней рабочей секции крепится направляющий конусный башмак, на ребрах которого установлены на осях ролики, облегчающие спуск собранного устройства в скважину. Технический результат заключается в повышении функциональных возможностей устройства. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство для многостадийной обработки пласта, спускаемое в скважину на колонне труб, включающее пороховые заряды, установленные в корпусе, спирали накаливания, электрически соединенные с геофизическим кабелем, датчики температуры и давления, отличающееся тем, что устройство для многостадийной обработки пласта выполнено модульным из отдельных секций, корпусы которых соединяются между собой на резьбе, на торцах каждого корпуса установлены контакты, соединяющие отдельные секции электрически, один из контактов в паре подпружинен и выполнен подвижным в осевом направлении, в каждой рабочей секции провода, идущие от контактов и спиралей накаливания, установленных в верхнем и нижнем пороховых зарядах, соединены через гермовводы с контроллером, расположенным в герметичном отсеке, в котором установлены соединенные с контроллером датчики температуры и давления, причем корпус рабочей секции перфорирован отверстиями, секции соединяются в следующей последовательности: сверху устанавливается соединительная секция, предназначенная для соединения устройства для многостадийной обработки пласта с геофизическим кабелем, ниже нее устанавливается рабочая секция, в случае обработки двух и более пластов, через дистанционные секции устанавливаются дополнительные рабочие секции, количество дистанционных и рабочих секций выбирается из условия точной установки рабочих секций напротив обрабатываемых пластов, к нижней рабочей секции крепится направляющий конусный башмак, на ребрах которого на осях установлены ролики, облегчающие спуск собранного устройства в скважину.

2. Устройство для многостадийной обработки пласта по п. 1, отличающееся тем, что в соединительной секции сверху установлен магнитный контакт для соединения с геофизическим кабелем, а снизу контакт, соединяющий электрически соединительную и рабочую секции, причем верхний магнитный контакт и нижний контакт соединены проводом.

3. Устройство для многостадийной обработки пласта по п. 1, отличающееся тем, что в дистанционной секции верхний и нижний контакты выполнены подвижными, подпружинены в осевом направлении и соединены проводом.

4. Устройство для многостадийной обработки пласта по п. 1, отличающееся тем, что в корпусах соединительной и дистанционной секций выполнены отверстия для выравнивания давления снаружи и внутри секции.

5. Устройство для многостадийной обработки пласта по п. 1, отличающееся тем, что по геофизическому кабелю осуществляется электропитание контроллера и передаются команды на активацию пороховых зарядов, а также передается информация с датчиков температуры и давления на персональный компьютер, установленный на поверхности.

6. Устройство для многостадийной обработки пласта по п. 1, отличающееся тем, что в рабочей секции длина полости для установки пороховых зарядов может изменяться кратно длине порохового заряда.