УСТРОЙСТВО ПОРОХОВОГО ГЕНЕРАТОРА ДАВЛЕНИЯ
DEVICE OF POWDER PRESSURE GENERATOR

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, а именно к пороховым генераторам давления, предназначенным для обработки продуктивного пласта с целью интенсификации нефтегазодобычи.
Известен заряд бескорпусный секционный для воздействия на пласт, включающий узел воспламенения, пороховые секции небронированного заряда с осевым каналом, конфигурация которого имеет форму с развитой поверхностью, изготовленные из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной средах, размещенную вдоль составной несущей штанги, на концах которой установлены стягивающие группу секций заряда верхний и нижний конусы-центраторы (муфты), диаметр которых превышает диаметр секций заряда, одна или несколько пороховых секций - воспламенительные, от которых возгораются основные пороховые секции.
На торце воспламенительной пороховой секции в канавке размещен узел воспламенения, соединенный с проводом питания. Между нижней муфтой и пороховыми секциями заряда находится рассеиватель для отвода газового потока. Сумма проходных сечений отверстий рассеивателя и их расположение рассчитаны таким образом, чтобы обеспечивать минимальную механическую нагрузку на штангу и обеспечить максимальное воздействие горячего газа на пласт. Между верхней муфтой и пороховыми секциями заряда находится компенсатор линейного расширения пороховых секций заряда, который также выполняет функцию упругого поджатия заряда. 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 №2178072 от 23.10.2000).
К недостаткам, снижающим эффективность применения данного устройства, следует отнести возможность отрыва рассеивателя (как отдельной детали конструкции) и прорыв продуктов сгорания в скважину, минуя штатные отверстия рассеивателя, что снижает механическое воздействие на пласт и создает разрушающее воздействие на окружающие поверхности насосно-компрессорной трубы (НКТ) или на стенки скважины, а также низкую надежность измерительного блока в гидродинамических условиях при работе газогенератора.
Указанный недостаток устранен в устройстве под названием «Заряд для воздействия на пласт». Известен заряд бескорпусный секционный для воздействия на пласт, содержащий размещенную вдоль составной несущей штанги бескорпусную группу секций заряда из твердого топлива, пригодного для горения в жидкой среде, выполненных с осевым каналом, в котором установлена с зазором упомянутая штанга, на концах которой установлены стягивающие группу секций заряда верхний и нижний конусы, а между секциями заряда - воспламенитель, соединенный с проводом питания и размещенный с возможностью воспламенения топлива зарядов по поверхности осевого канала, и центрирующие кольца, выполненные с наружным диаметром, превышающим наружный диаметр этих секций, при этом конусы выполнены с отверстиями для прохода продуктов сгорания, причем нижний конус выполнен полым с отверстиями в виде боковых окон. Он снабжен составной удлинительной штангой, соединенной с верхним конусом и снабженной кабельным наконечником для соединения провода питания воспламенителя с геофизическим кабелем, а также измерительным блоком, а нижний конус выполнен со сквозным центральным каналом для несущей штанги, на нижнем конце которой установлен автономный измерительный блок, который выполнен с датчиками давления, температуры, виброакустических параметров. При этом верхний конус выполнен с отверстиями в виде продольных пазов и оперт на секцию заряда через дополнительно установленную пружину, а центрирующие кольца выполнены коническими (патент на полезную модель № 106305 от 08.04.2011г.).
Недостатком данного устройства является то, что стыковочный узел соединен с кабельным наконечником без контактной втулки и без электроввода, что не допустимо при проведении геофизических работ в скважинах, так как это приводит к нарушению целостности геофизического кабеля, изменению его электрических характеристик.
Кроме того, воздействие на пласт - кратковременное, оно создает высокоскоростные короткоимпульсные силовые нагрузки, приводящие к образованию множества трещин небольшой длины, и не обеспечивает образование протяженных и разветвленных трещин необходимой длины. А количество, протяженность и степень разветвления трещин определяют увеличение продуктивности добывающих скважин или степень приемистости нагнетательных скважин, особенно при низкопроницаемых пластах, для которых свойственны большие зоны (радиусы) кольматации.
Известен заряд бескорпусной секционный для газодинамического воздействия на пласт, взятый авторами за наиболее близкий аналог - прототип, 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 остальные 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 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 поджатая секций заряда вплотную друг к другу, 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 № 2183740 от 22.08.2001).
Положительным решением в конструкции газогенератора является размещение электронного блока на штанге ниже заряда.
Недостатком же можно считать наличие проходного канала диаметром 6-8 мм для размещения электрических проводов, который снижает прочность штанговой оснастки, усложняет монтаж, требует применения многожильных геофизических кабелей, увеличивая при этом аварийность проведения работ, особенно при наборе девяти и более пороховых секций заряда.
Кроме того, после сгорания заряда и истечения газа вверх металлическая оснастка падает вниз и производит рывок на геофизический (каротажный) кабель. При этом вероятность обрыва перегретого кабеля велика даже при незначительных ударных нагрузках.
Таким образом, в известных конструкциях имеются существенные предпосылки повышенной аварийности, связанной с выходом из строя геофизического кабеля и его обрывом.
Технической задачей настоящего технического решения является создание эффективного порохового генератора давления, обеспечивающего безопасность и надежность при эксплуатации устройства.
Предлагается устройство порохового генератора давления для газодинамического воздействия на пласт (фиг.1), включающее оснастку и пороховые заряды, изготовленные из артиллерийских порохов, которые обеспечивают горение в водной, водонефтяной, кислотной среде. Один или несколько пороховых зарядов воспламенительные, а остальные, возгорающиеся от нее - основные. В воспламенительном заряде размещено воспламенительное устройство, соединенное с проводом питания.
Оснастка включает детали для сбора пороховых зарядов, пропущенных через центральный канал каждого порохового заряда и деталей, обеспечивающих стягивание пороховых зарядов вплотную друг к другу. Оснастка включает составную штангу, которая должна сохранять целостность при воздействии механических и тепловых нагрузок при спуско-подъеме и горении порохового генератора давления. Штанга состоит из составной несущей части и соединительных частей. Составная несущая часть штанги пропущена через центральный канал каждого порохового заряда, через рассеиватели, через компенсаторы линейного расширения (пружины).
Длина несущей части штанги подбирается в зависимости от количества пороховых зарядов 1, необходимых для осуществления газодинамического воздействия на конкретной скважине. Поэтому несущая часть штанги 2 выполнена составной, чтобы легко менять длину штанги 2 при работе на скважине.
Верхняя 4 и нижняя 5 соединительные части штанги присоединены к обеим концам составной несущей части штанги 3. Верхняя часть верхней соединительной штанги 4 присоединена к геофизическому кабелю 10, а нижняя - к электронному блоку измерения 11 характеристик режима работы заряда и реакции призабойной зоны пласта на газодинамическое воздействие.
Соединение верхней 4 и нижней 5 соединительных частей штанги с составной несущей частью 3 штанги осуществлено посредством муфт 12, 13. Муфты предназначены также для стягивания пороховых зарядов 1, чтобы исключить их перемещение относительно несущей части штанги во время спуска и горения зарядов. Они изготовлены обтекаемой формы, обеспечивающей минимальную турбулентность восходящих и нисходящих потоков при горении зарядов.
Между верхней муфтой 12 и пороховыми зарядами 1 находится рассеиватель 6 для отвода газового потока, образующегося при горении пороховых зарядов, и компенсатор линейного расширения 8 пороховых зарядов, который выполняет функцию упругого поджатия зарядов.
Между нижней муфтой 13 и пороховыми зарядами 1 также расположен рассеиватель 7 для отвода газового потока, образующегося при горении пороховых зарядов, и компенсатор линейного расширения 9, который предохраняет от негативного воздействия геофизический кабель и измерительный блок, регистрирующий параметры температуры и давления во время работы порохового генератора давления.
Такая сборка обеспечивает целостность конструкции при механических и температурных нагрузках в процессе горения устройства и его спуске в скважину.
Провод питания геофизического кабеля через герметичный электроввод 14 присоединяется к воспламенительному устройству порохового воспламенительного заряда.
Устройство работает следующим образом. Устройство опускают в интервал перфорации. По команде оператора с наземного пульта производят запуск устройства подачей электрического тока по геофизическому кабелю 10, по проводу питания - на воспламенительное устройство, а по проводнику - на электронный блок измерения 11 характеристик режима работы порохового генератора давления и реакции призабойной зоны на газодинамическое воздействие. При температуре разогрева спирали, превышающей температуру вспышки заряда, возгорается воспламенительный пороховой заряд 1 (один или несколько зарядов), от него возгораются остальные основные пороховые заряды 1.
При горении порохового генератора давления образуется большое количество горячих газов, которые заполняют обсадную колонну. В интервале его расположения повышается температура, давление, происходит движение высокотемпературных газовых потоков.
Применение предлагаемой оснастки порохового генератора давления обеспечивает прочность устройства при механических и температурных нагрузках. Кроме того, оснастка не остается в скважине и может использоваться повторно.
Использование измерительного блока позволяет осуществить контроль за работой устройства, временем горения пороховых зарядов, оценить его воздействие на пласт. Так как измерительный блок помещен ниже обрабатываемого пласта, то на него оказывают меньшее влияние восходящие газовые потоки. Отсутствует перехлест кабеля. Так как измерительный блок прикреплен к штанге, позволяющей сохранять целостность при воздействии механических и тепловых нагрузок, а не на каротажном кабеле, то снижается вероятность его обрыва.
Использование компенсатора линейного расширения между нижней муфтой и нижним рассеивателем позволяет предохранять от негативного воздействия геофизический кабель и измерительный блок, тем самым обеспечивая безопасность и надежность при эксплуатации устройства, а также предотвращая выход из строя геофизического кабеля и его обрыв.
При этом обеспечено повышение надежности за счет исключения резкого подбрасывания устройства при горении пороховых зарядов и силового воздействия на кабель.
Таким образом, заявленное техническое решение удовлетворяет условиям патентоспособности и не противоречит критериям: новизна, изобретательский уровень и промышленная применимость.