УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРОДУКТИВНОГО НЕФТЕГАЗОНОСНОГО ПЛАСТА

Полезная модель относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использована для осуществления комплексного термогазохимического, барического и виброволнового воздействия на призабойную зону пласта (ПЗП). Комплексное воздействие на ПЗП приводит к расширению естественных и созданию новых остаточных трещин, расплавлению асфальтосмолопарафиновых отложений, снижению вязкости нефти, разрушению эмульсий, что приводит к увеличению добычи углеводородов. Возможно применение в других областях промышленности, например, при подземной добыче металлических полезных ископаемых методом выщелачивания, обезвоживании или удалении метана из угольных пластов, для повышения производительности водозаборных скважин.
Полезная модель относится к газогенераторам - устройствам, использующим режим горения зарядов для гидроразрыва пластов и формирования в них трещин методом термогазохимического воздействия, с целью повышения дебита скважин. Эффективность воздействия газогенератора на пласт зависит от множества факторов, прежде всего, от амплитуды и динамики нарастания создаваемого в зоне горения максимального давления и общей длительности воздействия, определяющих количество и протяженность создаваемых трещин.
Уровень техники заключается в следующем:
Известны аналоги устройства - газогенераторы, опускаемые на геофизическом кабеле в скважину и отличающиеся конструкцией, составом горючего вещества зарядов, принципом и конструкцией устройства воспламенения.
6
Известно устройство для термогазохимической обработки продуктивного пласта (Патент РФ №2071556, МПК E21B 43/26, 1994 год). Устройство состоит из бескорпусного цилиндрического заряда с осевым каналом, изготовленного из баллиститного пороха или твердого ракетного топлива, воспламенителя, вмонтированного в торцы заряда, устройства сборки и крепления к тросу. Недостатком устройства является длительное время распространения фронта воспламенения зарядов, что обуславливают невысокую скорость газообразования и генерацию продолжительного по времени импульса давления.
6
Наиболее близкими к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому эффекту, выбрано за прототип, является устройство с пороховым зарядом для стимуляции скважин и способ его осуществления (Патент РФ №2311530, МПК E21B 43/263, 2006 год). Устройство состоит из собранных на грузонесущем тросе в виде гирлянды твердотопливных зарядов с различными внутренними диаметрами каналов, узла воспламенения, оснастки крепления конструкции, включающей грузонесущий трос, наконечник, защитный кожух, обтекатель, пружину. Спираль накаливания помещается в кольцевой паз на наружной поверхности заряда и заливается герметиком, электрические провода выводятся через внутренний канал для соединения с геофизическим кабелем.
Недостатком устройства является возможность попадания жидкости на спираль накаливания через отверстия для проводов, что приводит к задержке загорания твердотопливных зарядов, вытягивание или распрямление спирали накаливания при сборке из-за ненадежного закрепления спирали в пазу. Последовательное подключение воспламенительных элементов к геофизическому кабелю приводит к отказам системы воспламенения или срабатыванию только одного воспламенительного элемента. При движении устройства в скважине возможно нарушение целостности электрических проводов линии воспламенения геофизическим кабелем или вращением сборки вокруг своей оси. Обрыв, последовательно подключенных электрических проводов, приводит к нарушению цепи подачи электрического тока и невозможности воспламенения заряда. Проникновение воды к спирали накаливания приводит к отсутствию синхронности воспламенения сборки зарядов.
Задачей заявляемой полезной модели является усовершенствование системы воспламенения газогенератора, что позволяет увеличить надежность срабатывания газогенератора при повышенных температурах и давлениях за счет изменения схемы крепления спирали накаливания, использования более термостойкого герметика, а также изменения схемы подачи электрического импульса на спирали накаливания в варианте составного многозарядного газогенератора.
Представленное на Фиг.1 устройство для обработки продуктивного пласта состоит из бескорпусного заряда (1), изготовленного из баллиститных артиллерийских порохов или баллиститного твердого ракетного топлива, выполненного в виде эллиптического цилиндра со сквозным осевым каналом (2), на сторонах цилиндра с большей полуосью, параллельно центральной оси цилиндра, выполнены продольные пазы (3). Длина цилиндра составляет 600 мм, большая полуось наружной поверхности варьируется от 90 до 102 мм. Отношение длины канала цилиндра к диаметру канала находится в диапазоне (22-38):1, что исключает разрушение заряда на конечном этапе горения. Нижний торец заряда устанавливается на направляющий конус (10), выполненный из легкосгораемого материала. Для увеличения интенсивности воздействия на призабойную область пласта применяют набор последовательно расположенных зарядов (1). При этом закрепление зарядов осуществляется через боковые пазы (3) или через осевой канал (2) гибким тросом (11). Над верхним торцом верхнего заряда (1) гибкий трос (11) закрепляют на конце геофизического кабеля (12).
Воспламенительный узел изображен на Фиг.2. В верхней части заряда (1), по всей длине окружности, выполнен кольцевой паз (5) в форме трапеции, меньшее основание которой находится на внешней поверхности, а большее в теле заряда. В кольцевом пазу (5) от внешней цилиндрической поверхности заряда к осевому каналу (2) выполнены два радиальных сквозных отверстия (6). Во внутренний канал заряда (2) через радиальные отверстия (6) заводят электрические провода (7), которые частично огибают заряд по кольцевому пазу (5). В кольцевом пазу (5) между радиальными отверстиями (6), на большей дуге окружности размещают нихромовую спираль накаливания (8), соединяемую пайкой с электрическими проводами (7). Спираль накаливания (8) и точки ее соединения с электрическими проводами (7) закрывают изоляционной лентой (4) для предотвращения попадания герметика между витками спирали накаливания (8). Сектор кольцевого паза (9) со спиралью накаливания (8) и радиальные отверстия (6) заполняют термостойким герметиком для исключения проникновения жидкости к спирали накаливания (8) и исключения растяжения спирали накаливания (8). Электрические провода (7), выведенные во внутренний канал заряда (2), подсоединяют к электрической шине геофизического кабеля (12) у верхнего торца верхнего заряда.
После затвердевания герметик сохраняет хорошую адгезию к поверхности заряда и к изоляции электрических проводов (7), что гарантированно удерживает спираль накаливания (8), в исходном положении и не позволяет ей перемещаться в кольцевом пазу (5) при сборке газогенератора и движении газогенератора в скважине. После затвердевания, прочностные характеристики герметика сохраняются до температуры 100°C в течение 2-2,5 часов. Кроме того, форма кольцевого паза (5), сужающегося к наружной поверхности заряда, затрудняет выход фрагментов герметика при воздействии экстремальных условий в скважине. Оба указанных факта предотвращают проникновение скважинной жидкости к спирали накаливания (8) и исключают ее растягивание. В результате электрический импульс поступает на спираль накаливания (8) от геофизического кабеля (12) без потерь, что обеспечивает гарантированное воспламенение твердотопливного заряда.
При использовании газогенератора с двумя и более воспламенительными элементами применяется параллельная схема подключения электрических проводов (7) к электрической шине геофизического кабеля (12), что обеспечивает одновременное воспламенение всех зарядов в сборке.
Таким образом, данная конструкция узла воспламенения обеспечивает сохранность электрической цепи воспламенения при движении газогенератора в скважине и снижает вероятность повреждения спирали накаливания, увеличивая надежность всей системы воспламенения.
Исключение использования канала заряда для элементов оснастки позволяет уменьшить внутренний диаметр канала, увеличить горящий свод топлива при неизменном наружном размере заряда. Этим достигается увеличение продолжительности комплексного термогазохимического, барического и виброволнового воздействия на призабойную зону пласта.
Принцип действия устройства. Нижний торец заряда (1) устанавливается на направляющий поддон (10). Через направляющий поддон (10) и боковые пазы (3) пропускают гибкий трос (11), которым фиксируется положение заряда (1). Над верхним торцом заряда (1) гибкий трос (11) крепится к геофизическому кабелю (12). Электрические провода (7) подключают к электрической шине геофизического кабеля (12). Проверяют правильность сборки и целостность цепи подачи тока, подавая пробный ток от аккумуляторной батареи. Устройство опускают в скважину на геофизическом кабеле (12) и устанавливают в интервале продуктивного пласта. На спираль накаливания (8) подается электрический ток и заряд (1) воспламеняется. Горение сборки газогенератора происходит от зарядов с воспламенительными элементами, расположенных сверху и снизу гирлянды навстречу друг другу по всей поверхности зарядов. После сгорания устройства на поверхность поднимаются только не сгорающие элементы оснастки - геофизический кабель (12) и гибкий трос (11).
При сгорании заряда в скважине, образующиеся продукты горения и находящаяся в скважине жидкость, оказывают комплексное воздействие на ПЗП, что приводит к расширению естественных и созданию новых остаточных трещин, расплавлению асфальтосмолопарафиновых отложений, снижению вязкости нефти, разрушению эмульсий. В результате повышается нефтегазоотдача пластов и производительность скважин.
Влияние температурных нагрузок на систему воспламенения тестируемого заряда проводилось в кипящей воде при температуре близкой к 100°C в течение 4 часов. Контролем установлено, что изоляция спирали не нарушилась, электрическая цепь работоспособна. Воспламенение заряда произошло штатно.
Описываемое устройство с воспламенителем предлагается использовать в любых скважинах при различных геолого-технических условиях в широком интервале температур и давлений.