Устройство для импульсно-тепловой обработки призабойной зоны скважины

Устройство для импульсно-тепловой обработки призабойной зоны скважины

Реферат

Изобретение относится к области эксплуатации нефтяных и газовых скважин и может быть использовано для обработки призабойной зоны пласта с целью повышения производительности малодебитных и восстановления отработанных скважин.

Известно устройство для импульсной обработки призабойной зоны скважины (RU 2106485, кл. Е 21 В 43/263, 1998), позволяющее производить перфорацию (расширение существующих и создание новых микротрещин) продуктивного (газонесущего или нефтенесущего) пласта и включающее набор вертикально установленных и закрепленных друг над другом пиротехнических зарядов (кумулятивных генераторов), связанных между собой пусковыми воспламенителями. При этом в верхнем пиротехническом заряде установлен пиропатрон для включения устройства.

Недостатком устройства является применение взрывов, не обеспечивающих безопасность скважины и ее оборудования. Кроме того, при обработке скважины данным устройством ее производительность возрастает незначительно из-за наличия в микротрещинах и порах асфальтеносмолистопарафиновых (АСПО) отложений, затрудняющих выход флюида. Для этого необходимо дополнительно проводить тепловую обработку продуктивного пласта при раскрытых микротрещинах скважины.

Известно устройство для тепловой обработки призабойной зоны скважины (RU 2182656, кл. Е 21 В 43/25, 2002), позволяющее удалять АСПО и повышать выход флюида. Оно содержит набор вертикально установленных в общей трубе шашек с медленно горящим пиротехническим составом. При этом две нижние шашки снабжены электровоспламенителями, а другие шашки выполнены с возможностью автоматического продвижения вышестоящих шашек в зону горения под действием груза, установленного на верхней шашке. В нижней части трубы установлена капсула с раствором кислоты для дополнительной обработки микропор и трещин пласта ее парами.

Однако данное устройство обладает недостаточной эффективностью без предварительной перфорации продуктивного пласта (восстановления заплывших микротрещин) малодебитных и малорентабельных скважин.

Указанный недостаток устранен в устройстве импульсно-тепловой обработки призабойной зоны скважины (RU №2175059, кл. Е 21 В 43/263, 2001), содержащем воспламенитель и чередующиеся между собой твердотельные генераторы импульсов давления и тепловые генераторы, выполненные в виде единого газогенерирующего стержня, установленного внутри обсадной трубы, снабженной в верхней ее части тепловым экраном. При этом газогенерирующий стержень выполнен с возможностью его установки непосредственно на дно обсадной трубы, его генераторы выполнены в виде пороховых трубчатых зарядов, соответственно бронированных и небронированных для последовательной генерации серии тепловых импульсов и импульсов давления, а воспламенитель установлен в верхней части газогенерирующего стержня.

Недостатком прототипа является относительно невысокая эффективность импульсно-тепловой обработки, обусловленная автоматическим удалением пламени от продуктивного пласта в процессе горения газогенерирующего стержня, что приводит практически к одноразовому воздействию импульса на пласт и уменьшению температурного воздействия на него по мере сгорания газогенерирующего стержня.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом является повышение эффективности предлагаемого устройства, позволяющего вести импульсно-тепловую обработку непосредственно в зоне расположения продуктивного пласта.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для импульсно-тепловой обработки призабойной зоны скважины, содержащем воспламенитель и чередующиеся между собой твердотельные генераторы импульсов давления и тепловые генераторы, выполненные в виде единого газогенерирующего стержня, установленного внутри обсадной трубы, снабженной в верхней ее части тепловым экраном, согласно изобретению внутри обсадной трубы ниже теплового экрана установлено ограничительное кольцо, выполненное с возможностью подвески в обсадной трубе газогенерирующего стержня, генераторы импульсов давления и тепловые генераторы газогенерирующего стержня выполнены разновеликими по диаметру и объединены между собой разъемными соединениями, причем генераторы импульсов давления выполнены с поперечным сечением, большим внутреннего диаметра ограничительного кольца, тепловые генераторы - с поперечным сечением, меньшим внутреннего диаметра ограничительного кольца, а воспламенитель установлен в нижней части газогенерирующего стержня.

При этом газогенерирующий стержень выполнен общей длиной 3÷6 м. Каждый генератор импульсов давления газогенерирующего стержня выполнен длиной 95-105 мм, диаметром 58-60 мм, массой 0.4÷0.6 кг и скоростью горения 30-70 мм/с из газогенерирующего материала СБК ТУ 4854-316-05121441-99 с плотностью 1550 кг/м³, а каждый тепловой генератор - длиной 1100-1300 мм, диаметром 48÷49 мм, массой 3÷4 кг и скоростью горения 10÷20 мм/с из пиротехнического топлива, содержащего неорганический окислитель - перхлорат аммония и/или калия, алюминиевый порошок и термопластичный галогенсодержащий каучук, при следующем соотношении компонентов, мас.%: перхлорат аммония и/или калия - 40,0÷60,0, алюминиевый порошок - 5,0÷20,0 и термопластичный галогенсодержащий каучук - остальное. Ограничительное кольцо выполнено с внутренним диаметром 51÷56 мм.

Введение ограничительного кольца для подвески газогенерирующего стержня, выполнение импульсных и тепловых генераторов газогенерирующего стержня с выбранными сочетаниями значений параметров поперечного сечения позволяют обеспечить последовательное импульсное и тепловое воздействие на место залегания продуктивного слоя на заданном кольцом уровне путем автоматического ступенчатого перемещения в обсадной трубе стандартного диаметра 62 мм стержня под действием собственного веса по мере его сгорания. Выполнение импульсных и тепловых генераторов газогенерирующего стержня с выбранным диапазоном значений параметров позволяет обеспечить генерацию импульсов давления и тепловых импульсов парогазовой смеси с энергией, достаточной для перфорации (расширения микропор и образования микротрещин в продуктивном пласте), а также для последующего удаления АСПО из зоны перфорации. Выполнение газогенерирующего стержня общей длиной 3÷6 м позволяет обеспечить многократную обработку скважины серией из 5÷6 чередующихся между собой импульсов давления и тепловых импульсов парогазовой смеси, достаточной для восстановления производительности малодебитных и отработанных скважин. Нижние значения параметров газогенерирующего стержня соответствуют начальным значениям, необходимым для образования микротрещин в продуктивном слое и плавлению АСПО. Превышение этих значений параметров верхних пределов для импульсных газогенераторов может привести к разрушению цементной обвязки обсадной трубы, а для тепловых газогенераторов - к спеканию глины в порах и затруднению выхода флюида.

В целом указанные технические преимущества предлагаемого изобретения позволяют решить поставленную задачу и повысить эффективность предлагаемого устройства путем обеспечения возможности обработки продуктивного слоя серией чередующихся импульсов давления и тепловых импульсов непосредственно в зоне расположения продуктивного слоя.

Конструкция предлагаемого устройства поясняется чертежом.

Устройство для импульсно-тепловой обработки призабойной зоны скважины содержит газогенерирующий стержень 1, подвешенный на ограничительном кольце 2 в стандартной обсадной трубе 3 диаметром 62 мм ниже теплового экрана (пакера) 4. Газогенерирующий стержень 1 выполнен в виде чередующихся между собой твердотельных генераторов 5 импульсов давления и тепловых генераторов 6, связанных между собой разъемным соединением 7, например резьбовым. При этом газогенерирующий стержень 1 выполнен общей длиной 3÷6 м, в нижней части которого установлен воспламенитель 8. Генераторы 5 и 6 газогенерирующего стержня 1 выполнены разновеликими по диаметру, причем генераторы 5 выполнены с поперечным сечением, большим внутреннего диаметра ограничительного кольца 2, тепловые генераторы 6 - с поперечным сечением, меньшим внутреннего диаметра ограничительного кольца 2. Каждый генератор 5 импульсов давления выполнен твердотельным длиной 95-105 мм, диаметром 58-60 мм, массой 0.4÷0.6 кг и скоростью горения 30-70 мм/с из газогенерирующего материала СБК ТУ 4854-316-05121441-99, а каждый тепловой генератор 6 - длиной 1100-1300 мм, диаметром 48÷49 мм, массой 3÷4 кг и скоростью горения 10÷20 мм/с из пиротехнического топлива, содержащего неорганический окислитель - перхлорат аммония и/или калия, алюминиевый порошок и термопластичный галогенсодержащий каучук, при следующем соотношении компонентов, мас.%: перхлорат аммония и/или калия - 40,0÷60,0, алюминиевый порошок - 5,0÷20,0 и термопластичный галогенсодержащий каучук - остальное. Ограничительное кольцо 2 выполнено с внутренним диаметром 51÷56 мм. Пределы внутреннего диаметра кольца выбраны из условия обеспечения свободного прохождения через него теплового генератора 6 под действием собственного веса стержня 1 и подвески на нем генератора 5. Диапазон значений (58-60 мм) диаметра генератора 5 выбран из условий свободного прохождения последнего через обсадную трубу 3 стандартного диаметра 62 мм, зависания его на ограничительном кольце 2, а также из возможных допусков изменения размеров генератора 5 при прессовании и сушке его газогенерирующего состава. Диапазон масс (0.4÷0.6 кг) генератора 5 выбран из условий разброса теплотворной способности газогенерирующего материала СБК ТУ 4854-316-05121441-99 - 60 для обеспечения требуемой энергии в импульсе 3-6 МДж. Диапазон допустимых скоростей горения (30-70 мм/с) и длины генератора (95-105 мм) выбран из условия выделения указанной энергии за время 1.5-3 с с целью создания импульса давления парогазовой смеси с мощностью 1.25-4 МВт, достаточной для возникновения эффекта перфорации. Диапазон (48÷49 мм) значений диаметра генератора 6 выбран из условий обеспечения свободного прохождения его через кольцо 2, а также из возможных допусков изменения размеров генератора 6 при прессовании и сушке его газогенерирующего состава. Диапазон других параметров теплового генератора 6: масса пиротехнического топлива 3÷4 кг, длина - 1100-1300 мм и скорость горения 10÷20 мм/с выбраны из условия поддержания генератором 6 температуры парогазовой смеси в призабойной зоне 200-700°С в период между ударными импульсами генератора 5. Нижнее значение температуры соответствует началу плавления АСПО в порах призабойной зоны, а верхнее значение - началу спекания глины в указанных порах и возникновению дополнительных проблем с выводом флюида.

Работа предлагаемого устройства состоит в следующем. В обсадную трубу 3 над призабойной зоной 9 устанавливают ограничительное кольцо 2. Последовательно из генераторов 5 и 6 с помощью резьбового соединения 7 путем взаимного их навертывания собирают газогенерирующий стержень 1 и опускают его тросом в трубу 3 до остановки на ограничительном кольце 2. Затем над стержнем 1 устанавливают пакер 4 для теплоизоляции зоны горения. После установки пакера 4 включают с помощью датчика времени воспламенитель 8. При этом загорается медленно горящий пиротехнический состав теплового генератора 6. Газы горения генератора 6, взаимодействуя со скважинной водой и флюидом, образуют парогазовую смесь с температурой 200÷700°С, которая через перфорационные отверстия в обсадной трубе 3 проникает в призабойную зону 9. Проникающая парогазовая смесь расплавляет АСПО в имеющихся порах и трещинах. После сгорания (30÷60 с) теплового генератора 6 пламя последнего переходит на импульсный генератор 5 с быстрогорящим газогенерирующим составом. При этом за счет быстрого сгорания высокоэнергетического топлива СБК массой 0.4÷0.6 кг генератора 5 за единицы секунд возникает импульс давления парогазовой смеси с энергией 3-6 МДж и мощностью 1.25-4 МВт, вызывающий расширение существующих пор и образование новых микротрещин. После сгорания генератора 5 стержень 1 под действием собственного веса перемещается вниз на величину длины теплового генератора 6. При этом на место сгоревшей пары теплового 6 и импульсного 5 генератора устанавливается новая пара аналогичных генераторов. Последующий тепловой импульс вымывает из образовавшихся трещин АСПО. Далее процесс обработки призабойной зоны скважины импульсами давления и тепловыми импульсами автоматически повторяется до полного сгорания генераторов 5, 6 стержня 1.

Данное изобретение не ограничивается приведенным примером его осуществления, возможны и другие варианты его исполнения, не выходящие за пределы независимого пункта формулы изобретения. Так в качестве газогенерирующего материала могут быть использованы и другие известные газогенерирующие составы генераторов 5 и 6.

Изобретение разработано на уровне опытного образца. Готовится его промышленное применение. Проведенные испытания показали целесообразность использования изобретения на отработанных скважинах для восстановления их работоспособности и возможности добычи нефти не менее 1,8 т/сутки с одной скважины.

1. Устройство для импульсно-тепловой обработки призабойной зоны скважины, содержащее воспламенитель и чередующиеся между собой твердотельные генераторы импульсов давления и тепловые генераторы, выполненные в виде единого газогенерирующего стержня, установленного внутри обсадной трубы, снабженной в верхней ее части тепловым экраном, отличающееся тем, что внутри обсадной трубы ниже теплового экрана установлено ограничительное кольцо, выполненное с возможностью подвески в обсадной трубе газогенерирующего стержня, генераторы импульсов давления и тепловые генераторы газогенерирующего стержня выполнены разновеликими по диаметру и объединены между собой разъемными соединениями, причем генераторы импульсов давления выполнены с поперечным сечением, большим внутреннего диаметра ограничительного кольца, тепловые генераторы - с поперечным сечением, меньшим внутреннего диаметра ограничительного кольца, а воспламенитель установлен в нижней части газогенерирующего стержня.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что газогенерирующий стержень выполнен общей длиной 3÷6 м.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый генератор импульсов давления выполнен длиной 95-105 мм, диаметром 58-60 мм, массой 0.4÷0.6 кг и с обеспечением скорости горения 30-70 мм/с.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что генератор импульсов давления выполнен из газогенерирующего материала СБК с плотностью 1550 кг/м³.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый тепловой генератор выполнен длиной 1100÷1300 мм, диаметром 48÷49 мм, массой 3÷4 кг и с обеспечением скорости горения 10÷20 мм/с.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что тепловой генератор выполнен из пиротехнического топлива, содержащего неорганический окислитель - перхлорат аммония и/или калия, алюминиевый порошок и термопластичный галогенсодержащий каучук при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Перхлорат аммония и/или калия	40,0÷60,0
Алюминиевый порошок	5,0÷20,0
Термопластичный галогенсодержащий каучук	Остальное

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ограничительное кольцо выполнено с внутренним диаметром 51÷56 мм.