Способ обработки пласта

Способ обработки пласта

Реферат

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для восстановления проницаемости призабойной зоны нефтегазоносных пластов в условиях накопления кольматационных отложений, обеспечивает восстановление проницаемости призабойной зоны в разнообразных геологических условиях за счет использования гидрореагирующих составов с более высокими энергетическими характеристиками и более эффективного использования выделяющейся энергии. Сущность изобретения состоит в размещении в скважине изолированных зарядов алюминийсодержащего гидрореагирующего состава, включающего, по меньшей мере, алюминий, активированный, по меньшей мере, галлием. При этом реакцию ведут при погонной массе гидрореагирующего состава от 0,25 до 2,9 кг/м. Приводят гидрореагирующий состав в непосредственный контакт со скважинной жидкостью. Реакцию ведут таким образом, чтобы давление и температура в скважине не превышали уровень, при котором возможно ее повреждение. Давление и температуру в интервале продуктивного пласта поддерживают на уровне, обеспечивающем восстановление проницаемости призабойной зоны. 13 з.п. ф-лы, 7 табл., 5 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для разрыва и термогазохимической обработки нефтегазоносных пластов.

Хорошо известно, что в процессе эксплуатации добывающих скважин в призабойной зоне пласта (далее - ПЗП) происходит накопление отложений парафинов, асфальтенов и песчано-глинистых частиц. В результате проницаемость ПЗП падает и, следовательно, снижается продуктивность скважин. Эффективными методами восстановления дебита в этих условиях является тепловая (термогазохимическая) обработка ПЗП и создание расходящихся от скважины трещин, обеспечивающих ее гидродинамическую связь с удаленной зоной пласта.

Для создания расходящихся от скважины трещин в настоящее время широко применяется технология локального гидравлического разрыва пласта (далее - ЛГРП) [1]. Метод гидравлического разрыва основан на использовании мощных насосных агрегатов и заключается в разрыве пластовой породы путем закачивания в скважину определенных технологических жидкостей. Под действием давления жидкости происходит образование радиальных трещин, в результате чего снижается гидравлическое сопротивление ПЗП и увеличивается фильтрационная поверхность скважины. Как правило, в образующиеся трещины транспортируется зернистый материал, так называемый проппант, закрепляющий трещины в раскрытом состоянии после снятия избыточного давления. При проведении ЛГРП обычно создают трещины длиной от 10 до 30 м с закачкой 10... 20 м³ жидкости и 1...2 тонн проппанта. Для улучшения фильтрационных характеристик ПЗП операцию ЛГРП иногда совмещают с кислотной и/или тепловой обработкой пласта, закачивая в образующиеся трещины раствор кислоты и/или подогревая жидкость разрыва.

Основным недостатком технологии ЛГРП является высокая стоимость операций, обусловленная необходимостью применения дорогостоящего насосно-компрессорного оборудования, трудоемкостью его монтажа и демонтажа. Для развития трещин гидроразрыва давление в скважине в интервале продуктивного пласта как минимум должно превышать сумму пластового и горизонтального горного давления [2] . Соответственно, избыточное давление гидроразрыва составляет по порядку величины 10² МПа и тем больше, чем больше глубина расположения пласта. Этим обстоятельством определяется уровень технических требований к оборудованию гидроразрыва и, в конечном счете, его стоимость и высокий уровень эксплуатационных затрат. Следует отметить, что объем жидкости, закачиваемой в скважину при проведении ЛГРП, как правило, значительно превышает объем образующихся трещин. Потери связаны с фильтрационной утечкой и снижаются с увеличением скорости нагнетания жидкости в скважину. Однако при типичных для ЛГРП скоростях нагнетания жидкости в несколько десятков литров в минуту эти потери весьма велики. Поэтому работа образования радиальных трещин составляет относительно небольшую долю в энергетическом балансе ЛГРП, и значительная часть энергии расходуется непроизводительно. Кроме того, из-за низких скоростей нагнетания жидкости при гидроразрыве обычно формируется единственная трещина, поверхность которой ориентирована по нормали к минимальному главному напряжению в пласте. Зарождение и рост этой трещины влечет за собой резкое снижение давления в скважине, что препятствует образованию других. Между тем, для эффективного восстановления проницаемости ПЗП желательно формировать несколько радиально расходящихся от ствола трещин.

В последние два десятилетия значительные усилия были направлены на создание иных, более экономичных способов восстановления проницаемости ПЗП. Известны многочисленные способы, основанные на подрыве или быстром сжигании в скважине различных взрывчатых и горючих композиций, что сопровождается образованием газофазных продуктов горения, повышением давления и температуры в скважине [3].

Термобарическое воздействие на пластовую породу, флюиды и твердые отложения (далее - обработка ПЗП) приводит к возникновению в призабойной зоне пласта трещин и к частичной очистке ее от отложений парафина, асфальтенов и песчано-глинистых частиц. Примером может служить подрыв в скважине пороховых зарядов (в частности, пороховых генераторов давления типа ПГД БК или АДС), размещение в интервале продуктивного пласта зарядов жидких взрывчатых веществ с последующим инициированием их детонации или сжигание в интервале продуктивного пласта жидких горюче-окислительных составов.

Схема реализации упомянутых способов обработки ПЗП приведена на фиг.1... 3.

В процессе эксплуатации добывающей скважины 1 в продуктивном пласте 2 образуется зона пониженной проницаемости 3, препятствующая притоку в скважину пластовых флюидов. Целью обработки является восстановление гидродинамической связи скважины 1 с пластом 2 путем создания радиальных трещин 4, длина которых превышает размер зоны 3. Для достижения этой цели используют, например, пороховые генераторы давления 5, опускаемые к забою скважины на грузонесущем кабеле 6. При срабатывании порохового генератора давления 5 выделяется большое количество тепла и газофазных продуктов сгорания, в результате чего давление в скважине повышается (на фиг.2 показано стрелками). Повышение давления в нижней части скважины порождает волны деформации в пласте и волны сжатия в скважинной жидкости 7, распространяющиеся к устью скважины. При этом скважинная жидкость и/или продукты взрыва через перфорационные отверстия 8 в обсадной колонне 9 поступают непосредственно в пласт.

При рассмотрении импульсных воздействий на пласт следует различать два механизма возникновения и роста радиальных трещин. Первый - деформационный - обусловлен смещением пластовой породы в радиальном направлении и возникающими при этом растягивающими окружными напряжениями. Деформационный механизм не связан с величиной потока скважинной жидкости или продуктов взрыва через перфорационные отверстия 8 в радиальные трещины 4. По этому механизму трещины возникают в волне деформации и лишь позднее заполняются средой, поступающей из скважины. Второй - механизм расклинивания - напротив, обусловлен затеканием в образующиеся трещины и скважинной жидкости или продуктов взрыва, что при достаточном уровне давления в скважине вызывает расклинивание и дальнейший рост трещин за счет давления на их стенки (показано стрелками на фиг.3). Первый из этих механизмов реализуется даже при очень малых временах действия избыточных давлений, характерных для взрывных процессов. Однако размеры трещин, возникающих по деформационному механизму, невелики: при приемлемых массах зарядов и типичных значениях коэффициента перфорации обсадной колонны длина радиальных трещин не превышает одного-двух метров, раскрытие же составляет доли миллиметра. Механизм расклинивания может обеспечить значительно большие размеры трещин. Однако затекание скважинной жидкости и/или продуктов взрыва в трещину является сравнительно медленным процессом. Поэтому реализация этого механизма требует достаточно длительного поддержания высокого избыточного давления в скважине.

При гидроразрыве время поддержания необходимого избыточного давления обычно составляет десятки минут, что обеспечивает прорастание радиальных трещин 4 до длин в десятки метров и более. При использовании же пороховых зарядов, твердых или жидких взрывчатых веществ и жидких горючеокислительных составов это время не превышает в лучшем случае несколько секунд [3, 4]. По этой причине существующие взрывные технологии обработки ПЗП значительно уступают технологии ЛГРП в отношении размеров создаваемых трещин. Кроме того, взрывные технологии не предусматривают закрепления образующихся трещин, поскольку транспортировка необходимого количества проппанта в трещины потоком жидкости или газа за указанные малые времена практически неосуществима. Эти обстоятельства существенно ограничивают область применения взрывных технологий и не позволяют в полной мере использовать их преимущества.

Для увеличения длины трещин, создаваемых взрывными способами обработки ПЗП, необходимо увеличить длительность поддержания высокого давления в скважине (в частности, под специально установленным пакером), Это, в принципе, может быть достигнуто либо путем увеличения массы зарядов при проведении процесса в открытой скважине, либо за счет проведения процесса в закрытой скважине. И тот, и другой путь сопряжены с существенным возрастанием риска повреждения обсадной колонны, скважинного и устьевого оборудования, что обусловлено возможностью локального превышения безопасного уровня избыточных давлений и температур. Последнее является также основной причиной, по которой подрыв скважинных зарядов в режиме детонации не нашел широкого применения в практике обработки ПЗП [5]. Большинство применяемых в настоящее время взрывных способов основано на быстром сжигании пороховых зарядов и горючеокислительных составов в открытых скважинах.

При сгорании порохов и горючеокислительных составов величина давления в интервале продуктивного пласта определяется конкуренцией двух процессов: нарастанием давления при выделении газофазных продуктов горения и тепла и его снижением при расширении газофазных продуктов и паров, т.е. при разгрузке. Соотношение скоростей этих процессов должно обеспечивать достаточное время поддержания необходимого давления и одновременно исключать возможность развития опасного.

При проведении процесса в открытой скважине основная часть работы, совершаемой при расширении газофазных продуктов и паров, расходуется на увеличение кинетической энергии скважинной жидкости и ее потенциальной энергии в поле тяжести. Работа образования радиальных трещин дает относительно малый вклад в энергетический баланс. С энергетической точки зрения взрывные способы обработки ПЗП имеют тот же недостаток, что и технологии ЛГРП: большая часть энергии расходуется непроизводительно. Для обсуждаемого здесь вопроса о длительности поддержания высокого давления важно, что скорость разгрузки определяется, главным образом, движением скважинной жидкости вверх по обсадной колонне. Именно большой скоростью этого процесса определяются малые длительности поддержания давления в открытых скважинах. Значительно более медленный отток продуктов горения и скважинной жидкости в образующиеся радиальные трещины и поровое пространство пласта слабо влияет на скорость разгрузки.

Со спецификой процесса разгрузки в открытых скважинах связано очень существенное для практики обстоятельство. В тех случаях, когда скорость разгрузки обусловлена движением скважинной жидкости по обсадной колонне, распределение давления по глубине скважины как функция времени хорошо прогнозируется. Это даст возможность определять рациональную массу зарядов в различных геолого-технических условиях, исходя из указанного выше требования обеспечить достаточную длительность поддержания необходимого уровня давлений в интервале продуктивного пласта скважины и исключить возможность повреждения обсадной колонны. Отметим, что для предотвращения выброса скважинной жидкости и повреждения устьевого оборудования часть жидкости откачивают, создавая воздушный промежуток между устьем и верхней границей скважинной жидкости в 100...200 м.

Масса зарядов в пороховых генераторах давления, как правило, не превышает 100 кг. Рациональные массы горючеокислительных составов, энергобаллистические характеристики которых значительно ниже, чем у порохов и твердых ракетных топлив, составляют несколько сот килограммов. Однако общая длительность действия давления, необходимого для разрыва пласта, не превосходит 10 с даже при сгорании полтонны горючеокислительного состава [4]. Длины образующихся при этом трещин оцениваются в 7...15 м при максимальных раскрытиях 2. ..4 мм. Для сравнения отметим, что при естественной проницаемости однородного пласта 0,01...0,05 мкм² рациональная длина трещин обычно составляет 40... 60 м. Создание трещин такой длины приводит не просто к увеличению проницаемости ПЗП, но к достижению максимального дебита скважины.

В закрытых скважинах (т.е. при проведении процесса под пакером) разгрузка обусловлена сравнительно медленным (но плохо прогнозируемым) затеканием скважинной жидкости и/или продуктов горения в образующиеся трещины 4 и в поровое пространство пласта. Соответственно, время поддержания эффективного избыточного давления может быть значительно (на 1...2 порядка) больше, чем при сгорании зарядов в открытых скважинах. Однако при проведении процесса в закрытой скважине возникает ряд принципиальных трудностей, связанных с необходимостью избежать неконтролируемого роста давления в условиях низкой и плохо прогнозируемой скорости разгрузки. Хорошо известно, что скорость послойного горения порохов и жидких горючеокислительных составов быстро возрастает с увеличением давления. При превышении некоторого порогового давления горение протекает в ускоряющемся взрывном режиме и, при определенных условиях, может переходить в детонацию. Кроме того, при горении жидких горючеокислительных составов проявляется специфическая рэлей-тейлоровская неустойчивость (неустойчивость горизонтальной поверхности раздела при расположении тяжелой жидкости над легкой). При распространении фронта пламени вверх и расширении продуктов горения тяжелая жидкость (горючеокислительный состав) оказывается над легкой (газофазные продукты), что приводит к быстрому увеличению поверхности горения и, следовательно, его скорости. Развитие такого рода неустойчивостей приводит к опасному ускорению процесса в тех случаях, когда эффективный механизм стабилизации давления в зоне горения отсутствует. Важно, что при сжигании порохов и горючеокислительных составов в закрытой скважине, т.е. при малых и плохо прогнозируемых скоростях разгрузки, трудно обеспечить безопасность. На практике для исключения возможности роста давления до опасного уровня массу зарядов ограничивают такой величиной, чтобы характерное время развития неустойчивостей превышало время полного сгорания заряда. В результате преимущества способов обработки ПЗП, основанных на сжигании порохов и горючеокислительных составов в закрытой скважине, в значительной степени утрачиваются. Предельная длина образующихся трещин оказывается приблизительно такой же, как и при проведении процесса в открытой скважине.

Наряду с методами восстановления проницаемости ПЗП, основанными на образовании радиальных трещин, широкое применение нашли методы тепловой обработки [3, 6]. В отличие от отмеченных выше, методы тепловой обработки не связаны с повышением давления и обеспечивают только прогрев ПЗП для плавления парафинистых и снижения вязкости асфальто-смолистых отложений. Восстановление проницаемости (очистка порового пространства ПЗП) происходит в результате выноса этих компонентов в скважину под действием пластового давления. При этом пористость скелета практически не меняется.

Принципиальным недостатком методов тепловой обработки ПЗП является кратковременность увеличения дебита, обусловленная ростом кольматационных отложений при последующем увеличении притока. Тем не менее тепловая обработка может быть достаточно эффективной при условии невысокой стоимости и трудоемкости проведения операций. Важно, однако, что по критерию "эффективность - стоимость" существующие методы тепловой обработки не являются вполне удовлетворительными.

Например, известные способы тепловой обработки ПЗП путем электронагрева или закачивания горячего теплоносителя - перегретого пара или воды - требуют применения громоздкого и дорогостоящего оборудования, что приводит к высокой стоимости операции в целом [6]. Этим же недостатком обладают способы, основанные на использовании различных парогазогенераторов с забойными камерами сгорания [7]. Преимуществом последних является исключение путевых потерь тепла, вносящих основной вклад в энергетический баланс процесса на глубинах от 600 м. Однако забойные парогазогенераторы обладают и существенным недостатком: теплоперенос вверх по скважине, осуществляемый гидродинамическим механизмом конвективного теплообмена, является значительно более интенсивным, чем теплоперенос в ПЗП. Иначе говоря, большая часть энергии расходуется непроизводительно, и КПД тепловой обработки с использованием забойных парогазогенераторов невелик. Кроме того, применение существующих средств такого рода ограничено скважинами глубиной до 2000 м.

В качестве источника энергии для тепловой обработки ПЗП применяются также автономные средства, не требующие транспорта горючего, окислителя или электроэнергии с поверхности. Способы, основанные на применении автономных источников (зарядов), отличаются простотой и экономичностью. Однако уровень их эффективности ограничен сравнительно небольшими величинами массы опускаемых зарядов и теплоты сгорания используемых твердых топлив.

Для тепловой обработки используются, например, автономные термогазовые прогреватели ПТГ-АС-50 и пороховые аккумуляторы АДС-5, заряды которых не имеют осевых каналов и сгорают послойно (если, конечно, не развивается упомянутая выше неустойчивость, приводящая к срыву послойного режима горения). Помимо невысоких энергетических характеристик, применение средств такого типа характеризуется низким КПД. Как и выше, это обусловлено интенсивным конвективным теплопереносом в скважине. Отметим, что объемное выделение газофазных продуктов при горении существенно усиливает конвективный теплоперенос за счет всплытия газовых пузырей. Несмотря на то что при высоких давлениях растворимость газофазных продуктов горения в скважинной жидкости велика, время подъема образующихся при горении газовых пузырей много меньше характерного времени их растворения. Это обстоятельство является принципиальным препятствием для повышения эффективности тепловой обработки с использованием порохов и твердых ракетных топлив.

Топливные композиции, применяемые для тепловой обработки ПЗП, не исчерпываются порохами и твердыми ракетными топливами. Для тепловой обработки могут применяться и различные пиротехнические составы, не выделяющие при горении газофазных продуктов. Примером являются железоалюминиевый и марганцево-алюминиевый термиты. Преимущества применения термитных составов состоят в отсутствие газофазных продуктов сгорания, что снижает интенсивность конвективного теплопереноса в направлении к устью скважины, и в слабой зависимости скорости горения от давления, исключающей возможность развития опасных неустойчивостей. Однако даже в отсутствие газофазных продуктов конвективный теплоперенос является весьма интенсивным. Энергетические же характеристики термитов близки к характеристикам порохов: удельная теплота сгорания принадлежит интервалу 3...6 МДж/кг. Поэтому применение термитных составов имеет те же недостатки, что и применение порохов - невысокие энергетические показатели, низкий КПД тепловой обработки и, как следствие, низкая эффективность процесса в целом.

При размещении зарядов в закрытых скважинах (т.е. при установке под пакером) термитные составы могут применяться и для обработки ПЗП в режиме образования радиальных трещин. Известен, например, способ обработки пласта, заключающийся в размещении в замкнутом пространстве скважины, заполненном преимущественно водой, пиротехнических составов (термитов), при горении которых повышается давление и образуются трещины 4 [8]. Скорость горения слабо зависит от давления и, более того, в области высокого давления даже несколько снижается с его увеличением. Поэтому, как уже отмечалось, при использовании таких составов проблема быстрого неконтролируемого роста давления в скважине не возникает. С другой стороны, скорость горения термитов мала и составляет по порядку величины 0,1...1,0 см/с. Простые оценки показывают, что при столь низких скоростях горения и, соответственно, скоростях нарастания давления в закрытой части скважины значительная доля выделяющейся энергии расходуется на фильтрационное затекание скважинной жидкости в поровое пространство и прогрев ПЗП. Для эффективного образования радиальных трещин скорость нарастания давления должна быть значительно больше характерной скорости теплообмена с пластом. Указанное обстоятельство не является принципиальным препятствием к использованию термитных составов, поскольку низкую скорость горения термитов можно компенсировать за счет использования многоточечного инициирования, т.е. путем инициирования горения одновременно в нескольких точках зарядов, отстоящих друг от друга на определенном расстоянии. В результате скорость нарастания давления может быть многократно увеличена. Тем не менее применение предложенных в [8] пиротехнических составов не обеспечивает эффективного и безопасного образования радиальных трещин в ПЗП. В отличие от порохов и жидких горючеокислительных составов предложенные в [8] термиты при сгорании не образуют газофазных продуктов, так что повышение давления связано исключительно с тепловым эффектом реакции. При быстром сгорании термитных зарядов, когда в процессе нарастания давления не играют существенной роли ни теплообмен с пластом, ни конвективный теплоперенос внутри скважины, трудно избежать больших локальных перегревов обсадной колонны. Последнее может привести к повреждению обсадной колонны как из-за термических напряжений, так и из-за резкого снижения прочности, неизбежного при сильном повышении температуры.

Необходимо отметить, что для устойчивого распространения горения в условиях скважины диаметры термитных зарядов должны составлять, по грубой оценке, не менее 40...50 мм при температуре в зоне горения (без учета теплообмена) до 2800...3300 К. В этих условиях локальная температура обсадной колонны при быстром сжигании зарядов (т.е. при многоточечном инициировании) может достигать 1300 К и более. Таким образом, применение термитных составов для образования радиальных трещин в ПЗП является нецелесообразным.

Для образования радиальных трещин и тепловой обработки ПЗП могут быть также использованы топливные композиции, не способные к самораспространяющемуся горению за счет внутренних ресурсов (т.е. за счет химических реакций между компонентами топливной композиции), но реагирующие со скважинной жидкостью с выделением тепла и газофазных продуктов. В скважинах, содержащих воду, могут быть использованы так называемые гидрореагирующие составы, содержащие активные по отношению к реакции с водой металлы. Использование щелочных металлов и металлов второй группы, вступающих в экзотермическую реакцию с водой с выделением водорода, лежит в основе нескольких известных способов обработки ПЗП.

Известен, например, способ прогрева пласта [9], заключающийся в нагнетании через скважину в пласт металлического магния в виде коллоидной суспензии. В призабойной зоне продуктивного пласта магний вступает в экзотермическую реакцию с водой, образуя гидроокись и водород. Подчеркнем, что увеличение давления в скважине и нагнетание в пласт коллоидной суспензии магния осуществляется при помощи насосно-компрессорного оборудования, причем вклад реакции магния с водой в величину избыточного давления в ПЗП сравнительно мал. Фактически способ [9] относится к способам тепловой обработки с проведением реакции непосредственно в ПЗП. Указанный способ приведен здесь исключительно для иллюстрации известности использования активных в реакциях с водой металлов в качестве топлива для обработки ПЗП. Тем не менее для дальнейшего важно отметить основные недостатки этого способа. Во-первых, стоимость порошков магния коллоидных (субмикронных) размеров весьма высока, так что с экономической точки зрения способ [9] явно нельзя считать оправданным. Во-вторых, применимость способа ограничена частными геологическими условиями: способ может быть эффективен лишь в высокопроницаемых гидрофильных пластах (проницаемость должна составлять не менее 1...4 мкм²) с водонасыщенностью не менее 25. ..30%. Следует также пояснить, что сильная чувствительность результата обработки к геолого-техническим условиям является общим свойством всех тепловых, химических и термохимических методов восстановления проницаемости ПЗП, не предусматривающих образования достаточно протяженных радиальных трещин. Если образование радиальных трещин и их размеры определяются, главным образом, величинами горизонтального горного давления и пластового давления флюидов, то результативность упомянутых методов существенно зависит от минералогического состава пластовых пород, содержания воды и тяжелых фракций нефти.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является описанный в [3] (см. также [10]) способ создания радиальных трещин в пласте путем использования реакции щелочного металла с водой. Сущность способа [3, 10] состоит в следующем. В скважину на кабеле опускают специальный снаряд, содержащий брикеты щелочного металла, например, натрия. В середине снаряда установлена запальная головка, размещенная в стеклянном сосуде с водой. В момент подачи электрического тока к запальной головке стеклянный сосуд разрушается и небольшое количество воды, содержащейся в сосуде, вступает в контакт с щелочным металлом, в результате чего происходит бурная химическая реакция. Корпус снаряда разрушается, и брикеты натрия вступают в реакцию с содержащейся в скважине водой с выделением водорода и тепла. Давление в скважине возрастает и, при достижении определенного уровня давления, происходит образование радиальных трещин 4 (см. фиг.3). Скорость реакции регулируют формой брикетов, т.е. площадью их наружной поверхности.

Резюмируя, можно сказать, что сущность известного способа состоит в следующей последовательности операций: в скважину, заполненную содержащей воду скважинной жидкостью, опускают твердое вещество (щелочной металл), обладающее свойством вступать в химическую реакцию с компонентами скважинной жидкости (водой) с выделением тепла и газофазных продуктов, и обеспечивают его непосредственный контакт со скважинной жидкостью, в результате чего происходит упомянутая химическая реакция.

Обращаясь к рассмотрению недостатков прототипа, заявитель считает необходимым обратить внимание экспертизы на следующие обстоятельства. Приведенная последовательность операции сама по себе не обеспечивает достижения желаемого результата, т. е. образования в ПЗП радиальных трещин требуемого размера при сохранении целостности обсадной колонны и скважинного оборудования. Выше уже отмечалось, что для образования достаточно длинных радиальных трещин за счет сжигания в скважине той или иной топливной композиции необходимо длительное поддержание избыточного давления, обеспечивающего развитие трещин по механизму расклинивания. При этом увеличение длительности сопряжено с существенным возрастанием риска повреждения скважины, что обусловлено возможностью локального превышения безопасного уровня избыточного давления и/или температуры. Любой способ создания радиальных трещин в ПЗП должен удовлетворять двум обязательным условиям. Во-первых, необходимое избыточное давление в скважине в интервале продуктивного пласта должно поддерживаться настолько длительное время, чтобы длина образующихся трещин превысила размеры зоны пониженной проницаемости. Во-вторых, должна быть исключена возможность роста давления и температуры до опасного уровня. При приближении к опасному уровню давления скорость разгрузки должна компенсировать нарастание давления за счет выделения газофазных продуктов и тепла. Аналогичное утверждение относится и к температуре: с приближением температуры в скважине к опасному уровню скорость теплоотвода должна превышать скорость тепловыделения. Однако описание технического решения [3, 10] не содержит необходимых ограничений на соотношение между интегральной скоростью реакции и скоростями разгрузки и теплоотвода.

Утверждение же о возможности регулирования скорости реакции формой брикетов щелочного металла является, по существу, ошибочным. Это утверждение основано на очевидном факте пропорциональности скорости реакции величине площади контакта щелочного металла с водой, т.е. площади реакционной поверхности. При этом не принимается во внимание, что величина площади реакционной поверхности на практике не может служить параметром управления. Дело в том, что температура плавления щелочных металлов невелика. В частности, температура плавления натрия изменяется от 98^oС при нормальном давлении до 106^oС при давлении 100 МПа; температура плавления калия в этом же интервале давлений меняется от 63,5^oС до 78,5^oС. Если пластовая температура превышает температуру плавления щелочного металла (пластовые температуры чаще всего принадлежат интервалу 50...120^oС), то щелочной металл будет находиться в жидком состоянии еще до инициирования реакции. Если же пластовая температура ниже температуры плавления, то плавление щелочного металла будет иметь место на начальной стадии реакции при относительно малом разогреве в несколько десятков градусов. И в том, и в другом случае начальная форма брикетов щелочного металла не играет существенной роли, поскольку основная стадия реакции, сопровождающаяся разогревом в несколько сот градусов и значительным повышением давления, идет на границе двух жидких веществ. В этих условиях форма и площадь реакционной поверхности определяется совместным течением жидкого щелочного металла и скважинной жидкости, так что регулирование скорости реакции формой брикетов в действительности неосуществимо.

По существу, техническое решение, являющееся прототипом, трудно назвать способом обработки ПЗП. В известных источниках [3, 10] речь идет скорее о лабораторном эксперименте с непредсказуемым результатом, чем о способе, допускающем промышленное применение. Более того, любые технические решения, основанные на использовании в качестве топлива для обработки ПЗП щелочных металлов, обладают рядом принципиальных недостатков. Во-первых, реакции щелочных металлов с водой обладают низкой теплотой и малым удельным газовыделением (см. приведенную ниже табл.1). Во-вторых, высокий уровень взрыво- и пожароопасности хранения, транспортировки и обращения с большими массами щелочных металлов требует принятия специальных дорогостоящих мер предосторожности. Наконец, очевидным препятствием к широкому применению щелочных металлов в практике обработки ПЗП являться их высокая стоимость.

Подводя итог изложенному, можно сделать следующий вывод: все существующие способы восстановления проницаемости ПЗП либо очень дороги, либо отличаются невысокой эффективностью, повышенным риском повреждения скважины или скважинного оборудования, взрыво- и пожароопасностью. В настоящее время неизвестен способ, позволяющий эффективно и недорого восстанавливать фильтрационные свойства ПЗП, обеспечивая безопасность и надежность результата.

Целью настоящего изобретения является создание эффективного безопасного и экономичного способа обработки ПЗП, обеспечивающего восстановление проницаемости призабойной зоны в разнообразных геолого-технических условиях.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе обработки пласта, при котором в скважину, заполненную содержащей воду скважинной жидкостью, погружают изолированный от скважинной жидкости гидрореагирующий состав, не способный к горению за счет внутренних ресурсов и обладающий свойством вступать в гетерогенную химическую реакцию с водой с выделением тепла и газофазных продуктов, и инициируют химическую реакцию путем приведения состава в непосредственный контакт со скважинной жидкостью, согласно изобретению, используют алюминийсодержащий гидрореагирующий состав, обладающий свойством не пассивироваться в реакции с компонентами скважинной жидкости. При этом реакцию ведут таким образом, чтобы давление и температура в скважине не превышала уровень, при котором возможно ее повреждение, а давление и температура в интервале продуктивного пласта поддерживалась на уровне, обеспечивающем восстановление проницаемости ПЗП (ниже будут приведены количественные ограничения, обеспечивающие реализацию этих признаков способа в частных геолого-технических условиях).

Для дальнейшего заявитель считает необходимым пояснить некоторые термины, использованные в приведенном выше абзаце.

Под термином "состав, не способный к горению за счет внутренних ресурсов" понимается невозможность распространения в этом составе волны горения, обусловленной экзотермической реакцией между его компонентами. В частности, в состав может не входить окислитель.

Под термином "гетерогенная химическая реакция" выше понимается реакция, идущая на контактной поверхности или в тонком поверхностном слое контакта скважинной жидкости и гидрореагирующего состава.

Под термином "способность не пассивироваться в реакции с компонентами скважинной жидкости" понимается отсутствие эффекта торможения реакции за счет "зарастания" реакционной поверхности пленкой продуктов, препятствующей непосредственному взаимодействию компонентов гидрореагирующего состава и скважинной жидкости.

В основе заявляемого изобретения лежат результаты проведенных авторами исследований особенностей и количественных закономерностей реакции алюминия, активированного специальными добавками, с водой и водными растворами. Сущность предложенного способа обработки пласта состоит, главным образом, в использовании в качестве топлива активированных сплавов алюминия, отличающихся высокой реакционной способностью по отношению к воде и водным растворам. Теплота реакции алюминия с водой значительно превышает теплоту реакции щелочных металлов (см. табл.1) и теплоту сгорания твердых топлив, составляющую обычно 4. ..5 МДж/кг. Это само по себе является существенным преимуществом, поскольку дает возможность использовать заряды малой массы и диаметра, спуск которых может производиться через колонну насосно-компрессорных труб.

Проведенными исследованиями установлено, что скоростью реакции активированного алюминия с водой можно, в отличие от щелочных металлов, управлять в широких пределах путем варьирования концентрации легирующих компонентов и технологических параметров изготовления гидрореагирующих составов (например, скорости охлаждения при отливке зарядов). Это дает возможность использовать последние как для тепловой обработки (при малой скорости реакции и постоянном давлении в скважине), так и для импульсного гидроразрыва (при большой скорости реакции либо в закрытой скважине). В обоих случаях переход реакции в детонационный режим невозможен в принципе. Более того, заявляемый способ позволяет полностью исключить возможность неконтролируемого роста давления и температуры в скважине. Скорость реакции при давлениях выше