Способ газогидравлического воздействия на пласт и устройство для его осуществления Российский патент 2020 года по МПК E21B43/263 

Группа изобретений относится к методам и средствам для повышения нефтеотдачи продуктивного пласта и, в частности, к локальному гидроразрыву пласта с применением горючего заряда. 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. При подаче по кабелю электрического импульса, поджигают воспламенители зарядов. Образующиеся продукты сгорания пороховых зарядов воздействуют на пласт (см. например, 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.).

Недостатком указанного способа является то, 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 обсадной колонны из-за перепада давления в скважине и заколонном пространстве, превышающего ее прочность.

Известен способ газогидравлического воздействия на пласт, включающий проведение глубокопроникающей перфорации по всем интервалам обрабатываемого пласта, сборку бескорпусного секционного заряда путем пропускания деталей оснастки для сбора секций заряда через центральный канал каждой секции заряда и стягивания их вплотную друг к другу другими деталями оснастки, спуск заряда в скважину и сжигание его секций, изготовленных из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде, путем запуска узла воспламенения и последующего возгорания одной или нескольких воспламенительных секций заряда и основных секций заряда с образованием продуктов горения, повышения давления и температуры (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, с. 109-112.).

В воспламенительной секции заряда диаметр канала больше, чем в основных секциях. В качестве воспламенительной секции заряда используют опорную трубу с пиротехническими воспламенителями, в верхней части загерметезированную кабельной головкой, к которой прикреплен геофизический кабель с надетыми на него двумя основными секциями заряда с верхним наконечником, а в нижней части загерметезированную заглушкой с прикрепленным к ней тросом, на который, вплотную к воспламенительной секции, надевают три основных секции заряда. Спускают устройство в скважину и устанавливают его выше интервала перфорации на 2-4 м. Поджигают пусковые воспламенители, которые прожигают стенки труб и поджигают воспламенительную секцию заряда, а от нее основные секции заряда. Горение заряда происходит с канала. Боковая поверхность заряда имеет защитное покрытие, предохраняющее заряд от трения и ударов о колонну.

Недостатком указанного способа является то, что заряды собраны на геофизическом кабеле в местах стыка зарядов, при их горении происходит перегрев и разрыв каротажного кабеля, секции заряда разъединяются, что может привести к аварийной ситуации, кроме того, он имеет все недостатки, что и предыдущий аналог. Установка заряда в скважине выше интервала перфорации приводит к тому, что на обрабатываемый пласт воздействует давление скважинной жидкости, которой передается энергия газов.

Известен бескорпусный секционный пороховой заряд на геофизическом кабеле ПГД. БК – 100 М, включающий пороховые секции, изготовленные из твердого ракетного топлива: одной воспламенительной секции и пяти основных секций заряда, установленные вплотную друг к другу. В каждой секции заряда имеется центральный канал. В воспламинительной секции заряда диаметр канала больше, чем в основных секциях. В качестве воспламинительной секции заряда используют опорную трубу с пиротехническими воспламинителями. В верхней части труба загерметезирована кабельной головкой, к которой прикреплен геофизический кабель с надетыми на него двумя основными секциями заряда с верхним наконечником. В нижней части труба загерметезирована заглушкой с прикрепленным к ней тросом, на который вплотную к воспламенительной секции надевают три основных секции заряда. В нижней части заряда имеется наконечник, закрепленный гайкой. Горение заряда происходит с канала. Боковая поверхность заряда имеет защитное покрытие, предохраняющее заряд от трения и ударов о колонну. Для регистрации максимального давления, создаваемого в скважине пороховым генератором, на расстоянии 10 м от верхнего торца генератора к кабелю прикрепляют крешерный прибор. Значение созданного давления находят по специальной таблице, прилагаемой к каждой партии крешерных столбиков в зависимости от степени обжатия столбика. Генератор работает следующим образом. При подаче по кабелю электрического импульса срабатывает пиропатрон, который поджигает пусковые воспламенители, расположенные в канале опорной трубы. Образующиеся продукты сгорания пусковых воспламенителей прожигают стенки труб и поджигают воспламенительную секцию заряда. Продукты горения воспламенительного заряда поджигают основные заряды. Горение заряда идет от центрального канала(Прострелочно-взрывная аппаратура: Справочник/Л.Я.Фридляндер, В.А.Афанасьев, Л.С.Воробьев и др.; Под ред. Л.Я.Фридляндра, - 2-е изд. Перераб. и доп. - М., Недра, 1990, Раздел 4.1. Пороховые генераторы давления, стр. 109-112.),.

В связи с тем, что заряды собраны на геофизическом кабеле, в местах стыка зарядов при их горении происходит перегрев и разрыв каротажного кабеля, секции заряда разъединяются, что может привести к аварийной ситуации. Кроме того, при неравномерном горении заряда возможен подброс кабеля приводящий к его порче.

В качестве наиболее близкого аналога принят способ газогидравлического воздействия на пласт, включающий проведение глубокопроникающей перфорации по всем интервалам обрабатываемого пласта, сборку бескорпусного секционного заряда путем пропускания составной штанги через центральный канал каждой секции заряда, стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу муфтами-центраторами, установления деталей оснастки для безопасного горения заряда. Блок электроники, предназначенный для измерения характеристик режима работы заряда и реакции призабойной зоны на газодинамическое воздействие, устанавливают на безопасном расстоянии от горящих секций заряда, чтобы импульс давления и горячие пороховые газы при горении заряда не разрушили датчики давления. Устанавливают заряд в интервале перфорации и осуществляют сжигание пороховых секций заряда с образованием горячих пороховых газов и созданием импульса давления, воздействующих на пласт. При этом при быстропротекающих процессах горения заряда осуществляют контроль горения секций заряда в режиме реального времени, регистрацию характеристик режима работы заряда (температуры и давления), а по характеру их изменения судят о характере воздействия на пласт и реакции призабойной зоны на воздействие (Патент на изобретение №RU2183741, МПК Е21В 43/263, опубл. 20.06.2002г.).

В качестве наиболее близкого аналога устройства принят заряд бескорпусный секционный для газодинамического воздействия на пласт включающий узел воспламенения, пороховые секции заряда, изготовленные из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде, причем одна или несколько пороховых секций - воспламенительные, от которых возгораются основные пороховые секции, и оснастки, включающей детали для сбора пороховых секций заряда, пропущенных через центральный канал каждой пороховой секции, и деталей, обеспечивающих стягивание пороховых секций вплотную друг к другу, оснастка представляет собой составную штангу, изготовленную из материала, позволяющего сохранять целостность при воздействии механических и тепловых нагрузок при спуско-подъеме заряда и при его горении, с полым каналом, проходящим внутри штанги вдоль ее центральной оси, состоящую из составной несущей части штанги, пропущенную через центральный канал каждой секции заряда, через рассеиватель для отвода газового потока, образующегося при горении заряда, компенсатор линейного расширения пороховых секций заряда при высоких температурах в скважине, и составных частей штанги, присоединенных к обоим концам составной несущей части штанги посредством муфт, обтекаемой формы для стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу, диаметр муфт превышает диаметр пороховых секций заряда и имеющих полый канал, проходящий внутри муфт вдоль их центральной оси, верхний конец верхней соединительной штанги присоединен к каротажному кабелю, а нижний конец нижней соединительной штанги - к электронному блоку измерения характеристик режима работы заряда и реакции призабойной зоны на газодинамическое воздействие, полые каналы штанги и муфт образуют внутреннюю полость заряда, внутри которой пропущен проводник с термостойкой изоляцией, соединяющий электронный блок с каротажным кабелем и провод питания узла воспламенения. (Патент на изобретение №RU2183740, МПК E21B 43/263, опубл. 20.06.2002г).

Способ и устройство внедрены и успешно применяются на нефтегазовых месторождениях. По анализу эффективности работы нефтяных скважин после обработки получают дополнительную добычу нефти. К недостатку вышеуказанного способа нужно отнести то, что во время проведения работ в результате неравномерного горения зарядов и неравномерного распределения сил воздействий продуктов горения возникают силы, перемещающие весь глубинный снаряд в собранном виде. Если натянутый каротажный кабель, в какой-то мере, и предотвращает смещение вниз, но веса снаряда может не хватить для защиты от перемещения вверх и изменения точки (фокуса) воздействия. Это приводит к потере направленной силы, т.е. к понижению эффективности. Подброс снаряда может привести и к более опасным последствиям как образование на кабеле перехлестов и «жучков». Что и наблюдается в практике применения метода горючего заряда для разрыва пласта.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение является повышение эффективности и безопасности работ по локальному гидроразрыву пласта с применением горючего заряда спускаемого на геофизическом кабеле. Кроме того устройство должно быть простым и надежным в управлении и не должно содержать элементы и механизмы способные разрушаться при проведении прострелочно-взрывные работы (ПВР).

Техническим результатом является исключение негативных влияний горения, обеспечивая безопасность производства работ, сохраняя установленный фокус воздействия на пласт.

Техническая проблема решена тем, что в способе газогидравлического воздействия на пласт, включающем проведение глубокопроникающей перфорации по всем интервалам обрабатываемого продуктивного пласта, обеспечение контролируемого сжигания секций бескорпусного секционного заряда с центральным каналом, в необходимом количестве согласно анализа и расчетов, проведенных с учетом показаний приборов обратной связи вокруг устойчивого к горению центрального элемента глубинного снаряда, типа штанги, который удерживает на безопасном расстоянии от точки горения и глубинных приборов, регистрирующих характерных параметров горения, и элементов присоединения к геофизическому кабелю, центральный элемент глубинного снаряда перед поджигом секций заряда снизу, фиксируется к обсадной колонне якорным устройством, обеспечивая тем самым исключение возможного подброса или смещения вовремя горения заряда, приводящего к смещению от выбранного места точки воздействия на пласт и образованию «жучков» на несущем кабеле, причем снятие фиксированного состояния якорного устройства происходит автоматически в начале подъема глубинного снаряда, в результате перетока жидкости в гидроцилиндре якорного устройства.

Устройство глубинного снаряда для газогидравлического воздействия на пласт при осуществлении способа, включающее узел воспламенения, секции бескорпусного заряда с центральным каналом, оснастку с деталями для сборки бескорпусных секций заряда на центральной штанге, центральную и удлинительные штанги и контейнера для измерительных приборов, оснащено якорным устройством, состоящим из самоскладывающегося рычажного механизма зацепа для его фиксации к колонне скважины, причем центральный опорный элемент якорного устройства присоединен к штанге снаряда через поршень гидравлического цилиндра, образуя тем самым реле времени, удерживающее якорное устройство в фиксированном состоянии только на время импульса сгорания заряда.

Новыми признаками является то, что в способе газогидравлического воздействия на пласт центральный элемент глубинного снаряда перед поджигом секций заряда снизу фиксируется к обсадной колонне якорным устройством, обеспечивая тем самым исключение возможного подброса или смещения вовремя горения заряда, приводящего к смещению от выбранного места точки воздействия на пласт и образованию «жучков» на несущем кабеле, причем снятие фиксированного состояния якорного устройства происходит автоматически в начале подъема глубинного снаряда, в результате перетока жидкости в гидроцилиндре якорного устройства. Исключаются негативные явления горения, обеспечивая безопасность производства работ, сохраняя установленный фокус воздействия на пласт.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ от известного отличается тем, что перед поджигом секций заряда производятся действия, повышающие безопасность и эффективность выполняемых работ, отсутствующих в прототипе, но необходимых для решения указанной цели. Предлагаемый способ реализуется применением, отсутствующих в решениях аналогов, элементов реализации способа, таких как якорное устройство и реле времени, кратковременно действующий элемент управления зацепленным состоянием. Таким образом, предлагаемые технические решения соответствуют критериям «новизна» и «существенные отличия». Заявителю не известны технические решения, содержащие сходные признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемых решений критерию «изобретательский уровень».

Таким образом, достигнутым техническим результатом предлагаемой группы изобретений является обеспечение производства работ по локальному газогидравлическому воздействию на продуктивный пласт, исключая негативные влияния горения на безопасность этих работ и повышая ее эффективность, сохраняя установленный фокус воздействия на пласт.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На фиг. 1 изображена схема компоновки глубинного снаряда применяемого при локальном воздействии на обрабатываемый участок продуктивного пласта. На центральную (составную) штангу 1, путем нанизывания, собраны узел воспламенения 2, воспламенительная секция 3, секции заряда 4 с каналом воспламенения 5, оснастка с деталями для сборки бескорпусных секций заряда на центральной штанге 1, включающая центрирующие кольца 6, рассеиватель 7 газового потока, компенсатор 8 линейного расширения, скрепленные центраторами 9, 10. К верхнему центратору 9 прикреплена удлинительная штанга 11, а к ней сверху установлены контейнер 12 для приборов и приборная головка 13, к которой присоединяется со своим наконечником 14 геофизический кабель 15. К нижнему центратору 10 прикреплена нижняя удлинительная штанга 16, а к ней присоединяются контейнер 17 для автономных скважинных приборов и якорное устройство 18. Якорное устройство 18 к контейнеру 17 присоединен верхним концом штока 19 поршня 20, а если включение в компоновку глубинного снаряда контейнера 17 автономного прибора не предусмотрено, тогда удлинительную штангу 16 присоединяют непосредственно к поршню 20 гидравлического цилиндра 21 якорного устройств 18.

На фиг. 2 представлен чертеж якорного устройства18 в заякоренном состоянии, а на фиг. 3 представлен чертеж сложенного якорного устройства 18. Гидравлический цилиндр 21 выполнен с ограничительным выступом 22 для поршня 20, на верхнем конце, а своим нижним концом присоединен к основанию 23 рычажного механизма. Рычажный механизм имеет по паре наружных 24 и внутренних 25 элементов присоединенных осями 26, 27. На оси 26 сочленения рычагов 24 и 25 установлена пружина 28, которая и стремится держать эти рычаги по одной линии по их продольным осям симметрии, т.е. рычажный механизм в сложенном состоянии. Когда рычажный механизм находится в рабочем положении, пружина 28 создает постоянный контакт верхнего конца рычага 24 с внутренней поверхностью обсадной колонны 29, а когда центральный опорный элемент 30 перемещается со своего исходного места, рычаги 24, 25 теряют опору и рычажный механизм складывается, подготавливая глубинный снаряд к подъему. Центральный опорный элемент 30, своим верхним концом, присоединен к поршню 20 снизу и также как и сам поршень 20, в исходном состоянии, находится в нижнем крайнем положении под действием пружины 31. Для того чтобы это связка переместилась в верхнее положение и рычажный механизм сложилась, т.е. якорное устройство 18 отпустило, к глубинному снаряду необходимо прикладывать постоянное подъемное усилие, пока жидкость, удерживающая поршень 20, не перетечет из верхней части гидроцилиндра 21. В этом и заключается суть работы реле времени, удерживающего якорным устройством глубинного снаряда от перемещения, вовремя горения секций заряда.

При осуществлении способа газогидравлического воздействия на пласт сначала проводят глубокопроникающую перфорацию по всем интервалам пласта. Затем осуществляют сборку бескорпусного секционного заряда с узлом воспламенения 2, одной или несколькими воспламенительными секциями 3 и основными секциями заряда 4. Сборку осуществляют путем пропускания деталей оснастки для сбора секций заряда через центральный канал каждой секции заряда. Использование составной штанги 1, в качестве центральной, позволяет собирать заряд из разного количества секций и упростит доставку штанги на скважину. Рассчитывают массу сжигаемых секций заряда. Она должна быть достаточной, чтобы обеспечить в интервале обрабатываемого пласта давление, превышающее предел прочности горных пород, слагающих пласт, в 1,5 раза. Штангу 1 пропускают через центральный канал каждой секции заряда 4, устанавливая между ними центрирующие кольца 6. С обоих концов к штанге присоединяют центраторы 9, 10, которые поджимают и стягивают секции заряда вплотную друг к другу. Между нижним центратором 10 и секциями заряда 4 располагают рассеиватель 7 для отвода газового потока, образующегося при горении заряда. Между верхним центратором 9 и секциями заряда 4 устанавливают компенсатор 8 линейного расширения секций заряда 4, предназначенный для упругого поджатия секций заряда 4 при высоких температурах в скважине. К верхней части центратора 9 присоединяют удлинительную штангу 11, служащую для уменьшения турбулентности газового потока, поднимающегося вверх, и снижения тепловой нагрузки на приборы, находящиеся в контейнере 12, на приборную головку 13, на кабельный наконечник 14 и на сам кабель 15. К нижней части центратора 10 присоединяют вторую удлинительную штангу 16, а к ней присоединяют нижний контейнер 17, предназначенный для установки автономных приборов. К нижней части этого контейнера 17 или, при его отсутствии, непосредственно к удлинительной штанге 16 присоединяют верхний конец штока 19 поршня 20 гидравлического цилиндра 21 якорного устройства 18. Собранный таким образом глубинный снаряд сначала опускают на расчетную точку обрабатываемого пласта, а затем кратковременным натяжением геофизического кабеля, фиксируют его на этой глубине, при помощи якорного устройства 18.

Сжигание секций заряда применением выше изложенного способа и дает технический результат.

Якорное устройство 18 работает следующим образом. При спуске в скважину якорное устройство 18 выполняет роль центратора и работает как рычажный центратор нижнего конца глубинного снаряда. Установку секций заряда 4 на расчетную точку обрабатываемого пласта завершают при движении этого снаряда в направлении вверх, т.е. при небольшом натянутом состоянии кабеля. Находящиеся в рабочем контакте с внутренней поверхностью обсадной колонны 29, после такой подготовки, концы наружных элементов 24 рычажного механизма якорного устройства 18, исключают возможное движение глубинного снаряда, в целом, в верхнем направлении, вовремя горения секций заряда 4.

Технико-экономическое преимущество применения группы изобретений заключается в создании возможности применения с повышенной безопасностью и эффективностью стандартных секций заряда для локального газогидравлического воздействия на продуктивный пласт без дополнительных затрат.

Способ газогидравлического воздействия на пласт и устройство для его осуществления промышленно применимы и могут быть осуществлены с использованием современных материалов, оборудования и технологий.

Группа изобретений относится к способу и устройству для повышения нефтеотдачи продуктивного пласта, в частности к локальному гидроразрыву пласта с применением горючего заряда. Способ включает проведение глубокопроникающей перфорации по всем интервалам обрабатываемого продуктивного пласта. Обеспечение контролируемого сжигания секций бескорпусного секционного заряда с центральным каналом вокруг устойчивого к горению центрального элемента глубинного снаряда, типа штанги, который удерживается на безопасном расстоянии от точки горения и глубинных приборов. При этом центральный элемент глубинного снаряда перед поджигом секций заряда фиксируется снизу к обсадной колонне якорным устройством. Причем снятие фиксированного состояния якорного устройства происходит автоматически в начале подъема глубинного снаряда в результате перетока жидкости в гидроцилиндре якорного устройства. При этом якорное устройство состоит из самоскладывающегося рычажного механизма зацепа для его фиксации к колонне скважины, причем центральный опорный элемент якорного устройства присоединен к штанге снаряда через поршень гидравлического цилиндра, образуя тем самым реле времени, удерживающее якорное устройство в фиксированном состоянии только на время импульса сгорания заряда. Технический результат заключается в повышении безопасности и эффективности локального гидроразрыва пласта большого радиуса, оценочной корректировки параметров при последующих воздействиях и фокусировки импульса давления в интервале воздействия. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ газогидравлического воздействия на пласт, включающий проведение глубокопроникающей перфорации по всем интервалам обрабатываемого продуктивного пласта, обеспечение контролируемого сжигания секций бескорпусного секционного заряда с центральным каналом в необходимом количестве согласно анализу и расчетам, проведенным с учетом показаний приборов обратной связи, вокруг устойчивого к горению центрального элемента глубинного снаряда, типа штанги, который удерживается на безопасном расстоянии от точки горения и глубинных приборов, регистрирующих характерные параметры горения, и элементов присоединения к геофизическому кабелю, отличающийся тем, что центральный элемент глубинного снаряда, перед поджигом секций заряда, снизу фиксируется к обсадной колонне якорным устройством, обеспечивая тем самым исключение возможного подброса или смещения во время горения заряда, приводящего к смещению от выбранного места точки воздействия на пласт и образованию «жучков» на несущем кабеле, причем снятие фиксированного состояния якорного устройства происходит автоматически в начале подъема глубинного снаряда, в результате перетока жидкости в гидроцилиндре якорного устройства.

2. Устройство глубинного снаряда для газогидравлического воздействия на пласт при осуществлении способа по п.1, включающее узел воспламенения, секции бескорпусного заряда с центральным каналом, оснастку с деталями для сборки бескорпусных секций заряда на центральной штанге, центральную и удлинительные штанги и контейнер для измерительных приборов, отличающееся тем, что снаряд оснащен якорным устройством, состоящим из самоскладывающегося рычажного механизма зацепа для его фиксации к колонне скважины, причем центральный опорный элемент якорного устройства присоединен к штанге снаряда через поршень гидравлического цилиндра, образуя тем самым реле времени, удерживающее якорное устройство в фиксированном состоянии только на время импульса сгорания заряда.