Устройство для обработки призабойной зоны скважины
WELL BOTTOMHOLE TREATMENT DEVICE

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к устройствам для очистки призабойной зоны нефтяных скважин от различных загрязнений.
Обработку призабойной зоны нефтенасыщенных пластов проводят на всех этапах разработки нефтяных месторождений для восстановления и повышения фильтрационных характеристик призабойной зоны пласта с целью увеличения производительности добывающих и приемистости нагнетательных скважин.
Загрязнение призабойной зоны пласта буровым раствором при вскрытии продуктивного пласта, ухудшение свойств призабойной зоны при цементаже, перфорации продуктивного интервала, набухании глин, закупорка порового пространства пород-коллекторов асфальто-смоло-парафиновыми веществами являются серьезными проблемами, снижающими фильтрационные характеристики пород-коллекторов в призабойной зоне пласта, что приводит к снижению производительности добывающих и приемистости нагнетательных скважин.
Известны устройства, предназначенные для проведения обработки призабойной зоны скважины путем термогазохимического воздействия в виде пороховых аккумуляторов давления АДС /Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник / Под ред. Л.Я. Фридляндера. - М.: Недра, 1990, с.107-116/.
При помощи данных устройств проводится «прогревание» призабойной зоны скважины, что приводит к преобразованию твердых органических отложений в текучее состояние.
Основными недостатками известных устройств является их низкая эффективность, возникающая в силу относительно небольшого удельного количества энергии (тепла), выделяемой при сгорании пороха.
Известен метод термогазохимвоздействия ("Разработка и испытание метода термогазохимвоздействия в комплексе с закачкой кислоты". И.А.Мальцев, тр. ПермНИПИнефть, "Нефтепромысловое дело", 1973, вып.9), заключающийся в закачке кислоты в нефтенасыщенный интервал и последующем сжигании в данном интервале определенного количества порохового заряда. При этом за счет герметизации обрабатываемого интервала и выбора типа порохового заряда, обеспечивающего превышение газоприхода над приемистостью пласта, забойное давление в скважине становится выше пластового. Горючие газы и кислота проходят внутрь пласта, расширяя имеющиеся и образуя новые каналы и трещины, улучшающие гидродинамическую связь скважины с пластом.
Известный метод реализуется с использованием большого количества оборудования, включающего в себя контейнеры с пороховыми зарядами, фильтры, пакера с якорями и т.д. Воспламенение заряда осуществляется по кабелю, спускаемому с трубами в скважину.
Основным недостатком данного метода является высокая сложность и стоимость его реализации в силу необходимости проведения многократных спуско-подъемных операций оборудования на забой скважины для доставки химических реагентов и пороховых зарядов.
)
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству для обработки призабойной зоны скважины является устройство непрерывного действия для перфорации и гидроразрыва нефтяных и газовых скважин, описанное в патенте CN 1978864 (дата публикации 2007-06-13.
Изобретение реализуется следующим образом: заключенный в капсулу сильный восстановитель (щелочной, щелочноземельный металлы или карбид кальция) помещают в специальный корпус взрывного устройства вместе с расположенным по периметру корпуса взрывчатым веществом. Позади корпуса помещают перфорационную бомбу. Устройство транспортируют в заданное положение по стволу скважины; включают нагнетатель давления воздуха; по достижении критической величины давления перфорационная бомба взрывается, детонирует взрывчатое вещество, расположенное по периметру корпуса. Под действием взрыва происходит перфорация нефтяного или газового пласта и одновременно проникновение сильного восстановителя в поровое пространство. Сильный восстановитель вступает в контакт с водой в поровом пространстве, вызывая химическую реакцию выделения водорода или ацетилена в зависимости от вида восстановителя. Выделяемый газ смешивается с непрерывно нагнетаемым воздухом; по достижении предела взрываемости взрывается, вызывая раскрытие трещин и, тем самым, увеличивая площадь фильтрации нефти и газа. Таким образом, способ позволяет увеличить добычу нефти и газа месторождений с низкой проницаемостью за счет непрерывной перфорации и гидроразрыва нефтяных и газовых скважин за одну операцию.
Основным недостатком данного устройства является то, что взрыв ацетилена или водорода с кислородом и воздухом в пластовых условиях является неуправляемым и маловероятным  в силу возможной «фильтрации» названных газов в вышележащие слои породы-коллектора и, как следствие, невозможности достижения предела взрываемости.
Задачей изобретения является повышение продуктивности нефтяных и газовых пластов за счет эффективной очистки призабойной зоны от различного рода загрязнений.
Задача решается за счет введения в призабойную зону скважины горящих потоков ацетилена, производимых в результате взаимодействия стехиометрических количеств карбида кальция и воды; смешивания полученного ацетилена с кислородом до образования взрывчатой  смеси, инициирования направленного взрыва путем пропускания искры от свечи зажигания в замкнутом пространстве одноразового устройства, которое вместе с побочными продуктами реакции получения ацетилена подлежит поднятию на поверхность и дальнейшей утилизации.
В процессе химической реакции из 1 кг карбида кальция теоретически может быть получено 406,22 г ацетилена. Кислородное горение данного объема ацетилена приводит к выделению 18,12 МДж энергии. В то же время кислородное горение 1 кг пороха, который используется в аналогах заявляемого устройства, приводит к выделению 3,8 кДж энергии. Очевидно, что эффективность очистки призабойной зоны пласта в случае использования предложенного устройства значительно повышается по сравнению с «традиционными» термогазохимическими устройствами.
Теоретически использование заявляемого устройства позволяет эффективно решать задачи удаления отложений асфальтосмолопарафиновых веществ в призабойной зоне пласта в залежах с низкой пластовой температурой.
Обоснование применения заявляемого устройства является аналогичным традиционным термогазохимическим обработкам призабойной зоны пласта, что позволяет оперативно выделять фонд скважин, пригодных для применения данных методов интенсификации добычи.
Принципиальная схема подземной части устройства для проведения обработки призабойной зоны скважины в разрезе приведена на фиг.1. и представляет собой цилиндрическую емкость, изготовленную из прочного, тугоплавкого металла или сплава, с помещенным в нее измельченным карбидом кальция 1, имеющую на боковой поверхности два сквозных отверстия, закрытые резиновой мембраной  2,  разделенную на два отсека полупроницаемой мембраной 3 и закрепленную на конце нагнетательной трубы 4. Подземная часть устройства спускается в ствол скважины и размещается на уровне продуктивного пласта.
Принципиальная схема наземной части устройства для проведения обработки призабойной зоны скважины представлена на фиг.2 и представляет собой комплекс оборудования, включающего в себя компрессор 5, стравливающий клапан 6 и клапан наземной части устройства 7.
Устройство работает следующим образом. По нагнетательной трубе 4 в подземную часть устройства для проведения обработки призабойной зоны скважины подают воду, которая вступает в реакцию с карбидом кальция 1. Карбид кальция загружают в устройство в количестве, необходимом для расплавления высокомолекулярных соединений в призабойной зоне скважины, исходя из визуальной и количественной оценки  создавшихся на данный момент условий (масштаб загрязнения, виды высокомолекулярных соединений, свойства породы-коллектора в призабойной зоне и т.д.). В ходе химической реакции воды с карбидом кальция 1 образуется ацетилен в газообразном состоянии и гидроксид кальция. Далее ацетилен попадает через полупроницаемую мембрану 8, изготовленную из керамического материала, в отсек для газа 4 и накапливается там. При этом полупроницаемая мембрана работает таким образом, что обратное движение ацетилена в отсек с карбидом кальция невозможно в силу конструктивных особенностей полупроницаемой мембраны.  Затем для проведения обработки призабойной зоны скважины в отсек для газа 8  через нагнетательную трубу 4 и полупроницаемую мембрану 3 при помощи компрессора 5 подают кислород в объеме, необходимом для полного сгорания ацетилена. После этого выключают компрессор 5, закрывают клапан наземной части устройства 7, предотвращая выход газовой смеси обратно в нагнетательную трубу 4 и клапан подземной части устройства 9, открывают стравливающий клапан 6, за счет чего понижают давление в нагнетательной трубе 4. Стравливание давления в нагнетательной трубе необходимо произвести до начала процесса подъема отработанного устройства на поверхность из соображений промышленной безопасности. После того как заданный объем ацетилена в отсеке для газа 8 будет достигнут, срабатывает датчик газоанализатора 10 и через свечу зажигания 11 в отсек 8 попадает искра, что приводит к возгоранию ацетилена и разрыву резиновой мембраны 2. Таким образом, смесь горящего ацетилена под давлением попадает в призабойную зону скважины, что приводит к расплавлению и частичному выгоранию твердых отложений в ней и частичному разрушению твердого скелета пласта в призабойной зоне скважины, а также образованию новых трещин и расширению существующих.
После этого устройство поднимают на поверхность и утилизируют. При этом побочный продукт реакции в виде гидроксида кальция остается в устройстве и не загрязняет призабойную зону скважины.
После использования заявляемого устройства рекомендуется промыть нижнюю часть скважины от расплавленных высокомолекулярных соединений и возможных продуктов тепловой реакции. В качестве промывочной жидкости рекомендуется использовать нефть, воду и реже – глинистый раствор, в зависимости от величины пластового давления, свойств породы, слагающей пласт, а также характеристик пластового флюида. [Е.И. Бухаленко, Ю.Г. Абдуллаев. Техника и технология промывки скважин. Учебник для рабочих. М., Недра, 1982, 197 с.]