ИМПЛОЗАТОР
IMPLOSATOR

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли. Используется в скважинах при интенсификации добычи углеводородного сырья из продуктивного пласта.
Может быть использовано и при увеличении дебита артезианских скважин.
Основным физическим принципом работы устройства является имплозия (взрыв вовнутрь).
Известны устройства, работающие на принципе имплозии. Устройство (см. А.С. СССР №369247, кл. Е21В 43/18, 1967) содержит цилиндрический металлический пустотелый корпус со стравливающими отверстиями, сменный штуцер, стеклянную пробку, разрушаемую электродетонатором.
Недостатком устройства является то, что всасывание скважинной жидкости в имплозатор происходит с нижнего торца через горловину, закрываемую пробкой, которая разрушается электродетонатором. Это снижает эффективность работы имплозатора.
Интенсивность депрессии на пласт зависит от скорости открытия горловины, ее площади и рабочего объема имплозионной камеры имплозатора. Чем быстрее и по большей площади открывается рабочая камера имплозатора, тем эффективней его работа.
В данном случае скважинная жидкость не может мгновенно всасываться в весь рабочий объем имплозатора из-за ограниченной пропускной способности горловины. В связи с этим «взрыв вовнутрь» растягивается во времени, снижая эффективность воздействия на продуктивный пласт.
1
Известно устройство для повышения продуктивности пласта методом имплозии (см. пат. РФ №2039221, C6 E21B 43/18, 43/25, 1992).
Устройство содержит пустотелую трубу, представляющую собой полый корпус имплозатора с отверстием в нижней части, закрываемым разрушаемой электродетонатором крышкой. Полный корпус имплозатора, выполненный из трубы, снабжен демпфером, делящим полость корпуса на отдельные камеры, что позволяет исключить гидроудар, возникающий при схлопывании скважинной жидкости.
Недостатком устройства является также то, что интенсивность депрессии на пласт ограничена диаметром всасывающего отверстия, диаметр которого, в лучшем случае, равен диаметру самого скважинного имплозатора.
В связи с ограничением интенсивности депрессии, эффект «взрыва вовнутрь», растут во времени и импульс имплозии не обеспечивает «отстрел» кольматанта и шлама из пор пласта через каналы и перфорационные отверстия в обсадной колонне внутрь скважины. Это снижает эффективность работы устройства.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является устройство (пат. РФ №2072421, Е21В 43/117, 43/18, 43/25, 27.01.1997) - прототип, содержащее полый корпус с заглушенными отверстиями, размещенные в нем кумулятивные заряды, детонирующий шнур и взрыв-патрон, имплозионную камеру, внутренняя полость которой соединена с внутренней полостью корпуса. Устройство снабжено дополнительной имплозионной камерой, при этом одна из имплозионных камер размещена сверху, а другая снизу от корпуса. Полость имплозионной камеры может быть отделена от корпуса мембранной.
Недостатком устройства является наличие, всего лишь 2-х имплозионных камер, да еще снабженных мембранами, которые осуществляют отбор скважинной жидкости ступенчато.
Это снижает эффективность работы устройства.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы имплозатора.
Это достигается тем, что имплозатор выполнен многоярусным и состоит из набора чередующихся в разном количестве имплозионных камер, изменяющих рабочий объем имплозатора, при этом между упомянутыми камерами размещен по меньшей мере один корпусный кумулятивный перфоратор, в котором с определенной последовательностью установлены кумулятивные заряды с облицовкой или без нее, способные вскрывать радиальные отверстия в корпусе кумулятивного перфоратора с образованием кумулятивных струй или без них, при этом различные наборы имплозионных камер выполнены с возможностью чередования с различными наборами кумулятивных перфораторов в зависимости от скважинных условий. Это позволяет повысить дебит скважины и за один спускоподъем имплозатора обработать несколько интервалов перфорации обсадной колонны скважины, то есть повысит эффективность работы имплозатора.
Большая площадь вскрытия имплозатора и отсутствие ступенчатости в его работе позволяет депрессии на пласт мгновенно достичь максимального значения. При этом интенсивность депрессии также максимальна. Передний фронт импульса депрессии приближается к вертикальному, что обеспечивает взрывной характер «отстрела» кольматанта и шлама из продуктивного пласта и перфорационных каналов внутрь скважины.
Отличительными признаками заявляемого изобретения являются следующие.
1. Имплозатор выполнен многоярусным и состоит из набора чередующихся в разном количестве имплозионных камер, изменяющих рабочий объем имплозатора. Между камерами размещен по меньшей мере один корпусный кумулятивный перфоратор.
2. Для срабатывания имплозатора используются кумулятивные заряды, способные вскрывать отдельные отверстия в корпусе кумулятивного перфоратора с образованием кумулятивных струй или без них.
3. Рабочий объем имплозатора включается в работу сразу и весь. Это позволяет формировать импульс депрессии с вертикальным передним фронтом, обеспечивающим «отстрел» кольматанта и шлама, очищая пласт и перфорационные каналы, что увеличивает дебит скважины.
4. Имплозатор позволяет всасывающие радиальные отверстия перфоратора располагать многоярусно, конкретно против интервалов перфорации по глубине скважины, в любом сочетании чередуя ярусы.
5. Имплозатор позволяет производить до начала момента имплозии дополнительную кумулятивную перфорацию, если это необходимо по геолого-геофизическим показаниям, и позволяет обеспечить устойчивость обсадной колонны по трещинообразованию.
Сравнения заявляемого технического решения с прототипом позволило установить следующие общие признаки.
1. Наличие корпусного кумулятивного перфоратора в имплозаторе.
2. Наличие имплозионных камер.
Предлагаемое техническое решение соответствует критерию «новизна».
При изучении других известных технических решений в данной области по признаку взаимного расположения элементов, появлению новых связей между элементами и устройствами выявлены «существенные отличия». Предлагаемый имплозатор расширяет также арсенал технических средств аналогичного назначения.
Более подробно сущность изобретения будет изложена ниже.
На фиг.1 представлен схематический чертеж предлагаемого имплозатора; фиг.2 - отверстие 11 в увеличении; фиг.3 - групповой кумулятивный заряд.
Имплозатор имеет кабельную головку 1 с каротажным кабелем 2, соединенную с первой имплозионной камерой имплозатора 3, выполненной из пустотелой трубы, внутри которой проходит электрическая жила кабеля 4.
К имплозионной камере 3 привинчен корпусный кумулятивный перфоратор 5 с кумулятивным зарядом 6, 7 и 8, с детонирующим шнуром 9 и электродетонатором 10, соединенным с электрической жилой кабеля 4.
Кумулятивные заряды фиксируются против радиальных отверстий 11 перфоратора 5, закрытых диском 12 и резиновой пробкой 13.
Далее к корпусу перфоратора 5 присоединяется следующая имплозионная камера имплозатора 14, идентичная камере 3 и выполненная также из пустотелой трубы, закрытой снизу наконечником 15.
На фиг.1 показана также обсадная колонна 16, перфорационный канал 17, пест 18, скважинная жидкость 19, цементное кольцо 20, продуктивный пласт 21.
На фиг.2 - увеличено отверстие 11, обсадная колонна 16, скважинная жидкость 19, цементное кольцо 20, продуктивный пласт 21 и перфорационный канал 17.
На фиг.3 показан групповой кумулятивный заряд 8, открывающий сразу 4 отверстия в корпусе кумулятивного перфоратора 5.
Работает имплозатор следующим образом.
3
Имплозатор опускают в скважину на заданную глубину, например 2 км, где необходимо произвести его срабатывание и очистить перфорационные каналы в обсадной колонне, цементном кольце и в продуктивном пласте, с целью интенсификации дебита скважины. Для примера, скважинной жидкостью примем воду с удельным весом Y=1 г/см. Внутри имплозатора давление равно атмосферному. Имплозатор герметичен. Внутри него установлены штатные кумулятивные заряды в штатном корпусе корпусного кумулятивного перфоратора, например, ПК-103. В случае наличия в кумулятивной воронке заряда облицовки, кумулятивный заряд образует при взрыве кумулятивную струю, которая пробивает диск 12, пробку 13, вскрывая радиальное отверстия 11, далее струя пробивает обсадную колонну 16, цементное кольцо 20 и продуктивный пласт 21, образуя так называемый перфорационный канал 17. Облицовка делается из меди, мягкой стали или сплавов. Кумулятивная струя имеет значительный градиент скорости. Так, если скорость головной части струи составляет 8 км/с и в ней находится 6:10% массы облицовки, то хвостовая часть струи, с остальной массой, постоянно отставая от головной части и растягивая струю, движется в виде песта 18 со скоростью 6 км/с, не обладая пробивной силой, и в виде деформированного куска металла застревает в перфорационном отверстии обсадной колонны (см. фиг.1, поз.18). Это снижает эффективность перфорации.
Повышенная плотность перфорации приводит к нарушению целостности обсадной колонны и выходу из строя скважины. Оптимальная плотность перфорации должна обеспечивать компромисс между устойчивостью обсадной колонны к разрушению и гидродинамическим совершенством вскрытия продуктивного пласта, поэтому заряды в перфораторе подобраны таким образом, что только часть их имеет металлическую облицовку, а другая часть не имеет. «Дострел» пласта, при сгущающейся плотности перфорации, определяет геофизик. При этом все радиальные отверстия 11 перфоратора должны быть открыты. Для открытия отверстий 11 без пробития обсадной колонны 16 используют кумулятивные заряды без облицовки кумулятивной воронки заряда.
В случае если заряд без облицовки или имеет бумажную облицовку, или если кумулятивная воронка просто покрыта краской, или лаком, то такой заряд своей кумулятивной струей только откроет отверстие 11, но не пробьет отверстия в обсадочной колонне и колонна сохранит свою целостность. Продукты детонации, с температурой ~+4000°С, будут выстелены внутрь скважины, разогревают скважинную жидкость и внутреннюю полость старых перфорационных каналов до температуры, превышающей температуру на этой глубине. (Геотермический градиент +33°С на 1 км глубины скважины). Далее процесс будет развиваться следующим образом.
Известными параметрами процесса является следующее.
- Объем газообразных продуктов детонации. Для зарядов тротил - гексоген этот объем - 1000 л/кг.
- Вес кумулятивного заряда вместе с дополнительным детонатором для ПК-103 составляет 21,5 г.
- Если рассматривать 10-ти зарядный ПК-103, то общий вес взрывчатого вещества с учетом электродетонатора и детонирующего шнура примерно составит 250 г.
- Количество образующихся газов составит 400 л.
- С учетом гидростатического давления столба воды в скважине, этот объем составит 2 л.
Если учесть, что часть газов выброшена из ПК-103 внутрь скважины через отверстия 11, то газов внутри имплозатора будет еще меньше.
Примем общий объем имплозатора 25 л, тогда свободный объем, за вычетом газообразных продуктов детонации, составит 23 л. В связи с тем, что радиальные отверстия перфоратора открываются все сразу и мгновенно, а камеры из пустотелых стальных труб находятся сверху и снизу перфоратора, всас скважинной жидкости внутрь имплозатора пойдет по большой площади. Продуктивный пласт почувствует «взрывную»разгрузку от гидростатического давления столба жидкости. Резкое падение давления приведет к вспучиванию поверхности перфорационных каналов и пластовым давлением из них «выстрелит» весь шлам и кольматант внутрь скважины и в имплозатор. Песты будут также отстреляны «взрывом вовнутрь» и упадут в зумпф скважины. Произойдет глубокая взрывная очистка всех перфорационных каналов пласта, по которым поступает флюид. Восстанавливается проницаемость пласта.
Далее гидростатический столб скважинной жидкости, схлопываясь, создает кавитиционный гидравлический удар, который в уже в прочищенных каналах и пласте, создаст трещины, увеличивающие площадь флюидоотдачи пласта в скважину. В случае, если в корпусе ПК-103 находятся места, свободные от кумулятивных зарядов, отверстия 11, расположенные против них, остаются закрытыми дисками 12 и пробкой 13. Диски устанавливаются с учетом гидростатического давления на глубине погружения имплозатора. Выполняются они разной толщины и из разного металла. Как правило, это алюминий или сталь. В нашем случае отверстие 11 будет закрыто алюминиевым диском.
После срабатывания имплозатора, те диски, которые не были выбиты из отверстий давлением газов от взрыва, будут разрушены и вбиты или пробиты внутрь имплозатора гидравлическим ударом столба воды в скважине, что тоже увеличивает площадь вскрытия имплозионной камеры. Гидравлический удар, как импульс давления, будет многократно распространяться вверх и вниз по стволу скважины в воде, меняя полярность на поверхности и забое скважины с затуханием. Положительные и отрицательные полярности импульса, раскачивая пласт, также повышают эффект имплозии.
Кроме того, импульс давления, как сейсмический сигнал, будет распространяться по продуктивному пласту, создавая в нем сейсмические колебания, восстанавливающие проницаемость пласта, что также работает на достижение технического результата.
После срабатывания имплозатора его каротажным подъемником поднимают на дневную поверхность и при необходимости снаряжают вновь и опускают в этот же или другой интервал перфорации.
Имплозатор можно собирать многоярусным, чередуя разные объемы перфораторов и разные объемы пустотелых труб и по-разному группируя их. При этом возможен самый широкий подбор по их состыковке в группы. Кроме того, возможно варьирование зарядов с облицовкой и без облицовки. Все это работает на повышение эффективности работы имплозатора и, в конечном счете, на повышение дебита скважины. Таким образом достигается технический результат.
В имплозаторе возможно использование и одноразовых перфораторов типа ПКО. Имплозатор технически применим, так как в нем используются известные и проверенные в промысловой геофизике устройства. Так, например, камеры имплозатора из пустотелых труб могут быть изготовлены из насосно-компрессорных труб (Н.К.Т.) соответствующего диаметра и толщина стенки.