УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для повышения эффективности обработки призабойной зоны скважины.
При работе нефтедобывающих скважин происходит постепенное снижение продуктивности за счет кольматации призабойной зоны. Предложенный способ и устройства позволяют решать задачу эффективной очистки призабойной зоны от кольматирующих элементов и, тем самым, увеличения продуктивности скважины.
Известно устройство для обработки призабойной зоны скважины по патенту РФ №2330951, МПК E21B 43/27, 2008 г. Устройство включает воздушную камеру с атмосферным давлением, на дне которой установлена сгораемая диафрагма с воспламенителем с возможностью срабатывания воздушной камеры после технологической выдержки, диафрагму и приемную камеру с размещенной в ней газогенерирующей композицией, а также воздушную камеру, для осуществления гидравлического удара на призабойную зону пласта.
Недостатком известного устройства является невысокая эффективность обработки призабойной зоны пласта ввиду незначительного выделения химических агентов, малого проникновения нагретой рабочей жидкости в обрабатываемый пласт и недостаточного удаления загрязнений из призабойной зоны пласта.
Известно устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму и приемную камеру, в полости которой размещен сгораемый твердый композиционный материал, состоящий из двух частей. Первая часть, обращенная к воздушной камере, сформирована из прочной и с малогазовым выделением при сгорании композиции, имеющей со стороны, обращенной к второй части, полость, заполненную смесью композиций первой и второй частей. Вторая снаряжена материалом из газогенерирующей при сгорании композиции, на участке расположения которой по боковой поверхности корпуса приемной камеры выполнены предварительно загерметизированные отверстия (патент РФ №2075597, МПК E21B 43/25, 1997 г.).
Недостатком работы устройства является трудность выноса в процессе имплозии закупоривающих поры пласта отложений парафина, смол и асфальтенов, имеющих высокую вязкость и адгезию к поверхности пор породы, что приводит к недостаточному очищению пор пласта в призабойной зоне от загрязнений.
Известно устройство для обработки призабойной зоны скважины, обеспечивающее одновременное сочетание термогазовой и гидродинамической обработки скважины. Способ и устройство для его осуществления основаны на проведении чередующихся (циклических) репрессивных и депрессивных гидродинамических воздействий на пласт путем сжигания комбинированного заряда, состоящего из чередующихся слоев газогенерирующего и малогазового термогенерирующего составов (авт. св. №1475216 СССР, МКИ E21B 43/24).
Недостатком известного устройства является невысокая эффективность обработки призабойной зоны пласта ввиду незначительного выделения химических агентов, малого проникновения нагретой рабочей жидкости в обрабатываемый пласт и недостаточного удаления загрязнений из призабойной зоны пласта.
Известен способ обработки призабойной зоны скважины, включающий доставку в забой на кабель-тросе устройства, состоящего из воздушной камеры, заканчивающейся приемной камерой с расположенной в ней твердой композицией, сгорание композиции в приемной камере и образование нагретых газообразных продуктов при повышенном давлении в интервале обработки, технологическую выдержку для более глубокого реагирования газов с породой, раскрытие воздушной камеры путем срабатывания установленной на ее дне сгораемой диафрагмы с воспламенителем и вынос загрязнений из призабойной зоны пласта, причем срабатывание воспламенителя сгораемой диафрагмы воздушной камеры выполняют от электрического импульса, подаваемого с устья скважины по кабель-тросу (патент РФ №2173775, МПК E21B 43/27, 2001 г.).
Недостатком известного способа и устройства является невысокая эффективность обработки призабойной зоны пласта ввиду незначительного выделения химических агентов и малого проникновения нагретой рабочей жидкости в обрабатываемый пласт.
Известно устройство для обработки призабойной зоны скважины по патенту РФ №2138630, МПК E21B 43/25, 1999 г., включающее воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму и приемную камеру. Приемная камера выполнена из легкого упругопластичного материала, разрушаемого по мере сгорания размещенной в ней твердой газогенерирующей композиции, состоящей из двух частей. Первая часть, обращенная к воздушной камере, выполнена из сгораемой высокопрочной с малогазовым выделением композиции. Вторая часть сформирована из газогенерирующей при сгорании композиции.
Недостатком известного устройства является невысокая эффективность обработки призабойной зоны пласта ввиду отказов из-за недостаточной герметичности перехода металлический переходник - приемная камера из упругопластичного материала, а также невысокая эффективность обработки призабойной зоны пласта ввиду незначительного выделения химических агентов.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является устройство для обработки призабойной зоны скважины, содержащее воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму, приемную камеру из упругопластичного материала с размещенной в ней твердой композицией, камеры с термогазохимической, термогазогенерирующей композицией и газогенерирующей композицией, приемная камера с одной стороны герметично соединена с воздушной камерой через металлический переходник (патент РФ 2487237, E21B 43/25, 2013 - прототип).
Недостатком данного технического решения является ненадежность срабатывания последующих композиций устройства из-за подскока всего устройства в результате срабатывания имплозионной камеры, приводящего, в некоторых случаях, к нарушению электрической линии узла воспламенения, что снижает эффективность обработки призабойной зоны пласта ввиду отсутствия последующих видов воздействий.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение эффективности обработки призабойной зоны пласта за счет последовательности воздействий процессов, происходящих после воспламенения композиций кислотогенерирующей, термогазогенерирующей, газогенерирующей с выделением газообразных продуктов, и повышение надежности срабатывания устройства.
Указанная задача достигается тем, что в устройстве для обработки призабойной зоны скважины, содержащем воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму, приемную камеру из упругопластичного материала с размещенной в ней твердой композицией, камеры с кислотогенерирующей, термогазогенерирующей композицией и газогенерирующей композицией, приемная камера с одной стороны герметично соединена с воздушной камерой через металлический переходник, с другой стороны приемная камера с газогенерирующей композицией через байонетное крепление последовательно соединена, начиная от забоя, с камерами с кислотогенерирующей и термогазогенерирующей композициями, причем камеры выполнены из упругопластичного материала.
На фиг. представлено устройство для обработки призабойной зоны скважины с дополнительно присоединенными камерами, имеющими твердую композицию с чередующимся составом.
Устройство смоделировано и разработано на прикладном программном средстве «Device Developer» (свидетельство RU №2011616092). Стендовые испытания подтвердили работоспособность устройства.
Устройство включает воздушную камеру 1, подсоединенную к кабельной головке 2, которая посредством муфты 3 соединена через металлический переходник 4 с приемной камерой 5, выполненной из упругопластичного материала, в которой размещена твердая газогенерирующая композиция 6, на верхнем торце расположена разрушаемая тарированная диафрагма 7, представляющая слой эпоксидного компаунда, и заглушка 8 из высокопрочной сгораемой композиции.
К приемной камере 5 через байонетное крепление 9 подсоединена камера 10, выполненная из упругопластичного материала с размещенной твердой, например, термогазогенерирующей композицией 11.
К камере 10 через байонетное крепление 12 подсоединена камера 13, выполненная из упругопластичного материала с твердой, например, кислотогенерирующей композицией 14, в нижней части нижней камеры расположен воспламенитель 15. Воспламенитель 15 и кабельная головка 2 соединены проводом 16. Все твердые композиции (кислотогенерирующая, термогазогенерирующая и газогенерирующая) по торцам защищены герметизирующим слоем (теокольный герметик).
Устройство работает следующим образом.
Устройство спускают на кабель-тросе, подсоединенном к кабельной головке 2, на забой скважины и устанавливают камеры 5, 10 и 13 в интервале обрабатываемого пласта. С устья скважины через кабель-трос и электрический провод 16 подают электрический импульс на узел воспламенения 15 твердой кислотогенерирующей композиции 14. После воспламенения и послойного горения кислотогенерирующей композиции выделяются химически-активные агенты. Полное выгорание кислотогенерирующей композиции 14 приводит к воспламенению термогазогенерирующей композиции 11, которая нагревает химически-активные агенты. Далее воспламеняется газогенерирующая композиция 6, которая способствует значительному выделению газообразных продуктов. Нагретые химически-активные газы создают в области интервала обработки повышенное давление и залавливают рабочую среду в поры и трещины призабойной зоны, расплавляя находящиеся в них загрязнения, тем самым увеличивая пористость и проницаемость призабойной зоны. Металлический переходник 4 необходим для соединения с камерой 5, выполненной из упругопластичного материала, которая надета на него, что обеспечивает лучшую герметичность соединения переходник - камера и фиксацию твердой газогенерирующей композиции 6 в устойчивом положении и избегания смещения данного состава внутри воздушной камеры 1.
3
После полного выгорания газогенерирующей композиции 6 и заглушки 8 из высокопрочной сгораемой композиции, которая частично осуществляет технологическую выдержку в течение 5 минут, что позволяет химическим агентам и рабочей среде лучше проникнуть в породу, происходит срабатывание тарированной диафрагмы 7 (рассчитана на давление срабатывания 10 МПа), что приводит к раскрытию воздушной камеры 1 длиной 20-50 м. Данный диапазон длины воздушной камеры (20-50 м) является оптимальным для обеспечения значения максимального снижения давления Р≈7-10 МПа в забое при диаметре камеры 0,076 м, давлении разрушения мембраны 30 МПа и плотности рабочего агента 1000 кг/м (согласно Попову А.А. Имплозия в процессах нефтедобычи. - М.: Недра. - 1996. С.94 и стендовым испытаниям устройства). После раскрытия воздушной камеры 1 за счет резкого снижения давления на забое в нее устремляется поток скважинной жидкости с загрязнениями и кольматирующими элементами, обеспечивая тем самым более полную очистку призабойной зоны скважины. Устройство извлекают из скважины.
Таким образом, повышение эффективности обработки призабойной зоны пласта достигается за счет стабильной последовательности воздействий процессов, происходящих после воспламенения композиций кислотогенерирующей, термогазогенерирующей, газогенерирующей с выделением газообразных продуктов, и повышение надежности срабатывания устройства за счет байонетного крепления с упругопластичными камерами и одного имплозионного воздействия, которое срабатывает в самом конце работы устройства. Байонетное крепление обеспечивает не только надежное соединение, но и позволяет использовать разные комбинации чередований композиций (газогенерирующая, кислотогенерирующая или термогазогенерирующая) и их массу (5, 10 и 15 кг при массе одного блока (модуля) 5 кг) в зависимости от необходимого комплекса и объема воздействий.
Пример 1 (стендовые испытания). Выполняют обработку призабойной зоны нефтедобывающей скважины глубиной 1850 м с нефтяным пластом. Выполняют доставку в забой на кабель-тросе устройства, в приемной камере из упругопластичного материала используют:
- кислотогенерирующую смесь, имеющую состав в масс.%:
Нитрат аммония
12
Перманганат калия
3
Азотнокислый барий
8
Алюминий АСД-1
0,8
Термит железоалюминиевый
16
Гексахлоран
25
Политетрафторэтилен
30
Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20,
пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М)
5,2
- термогазогенерирующую смесь, имеющую состав в масс.%:
Аммиачная селитра
35
Фтористый литий
2
Азотнокислый барий
15
Алюминий АСД-1
1,5
Термит железоалюминиевый
31
Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20,
пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М)
15,5
- газогенерирующую смесь, имеющую состав в масс.%:
Аммиачная селитра
80
Перманганат калия
1
Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20,
пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М)
19
- высокопрочную сгораемую смесь, имеющую состав в масс.%:
Аммиачная селитра
35
Бихромат натрия
5
Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20,
пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М)
60
Камера, содержащая термогазогенерирующую композицию, имеет диаметр 0,076 м и длину 1,5 м. Устройство опускают и устанавливают камеры 5, 11 и 16 в интервале обрабатываемого пласта. При подаче электрического импульса инициируется воспламенение кислотогенерирующей твердой композиции, при послойном горении которой, выделяются химически-активные агенты. Полное выгорание кислотогенерирующей композиции приводит к воспламенению термогазогенерирующей композиции, которая нагревает химически-активные агенты. Далее воспламеняется газогенерирующее топливо, которое способствует значительному выделению газообразных продуктов. Нагретые химически-активные газы создают в области интервала обработки повышенное давление и залавливают рабочую среду в поры и трещины призабойной зоны, расплавляя находящиеся в них загрязнения, тем самым увеличивая пористость и проницаемость призабойной зоны. После выгорания газогенерирующей композиции воспламеняется заглушка 9 из высокопрочной сгораемой композиции. Медленное сгорание заглушки обеспечивает технологическую выдержку в течение 5 минут. Сгорание высокопрочной композиции (заглушки) приводит к разрушению тарированной диафрагмы 8 при давлении 23 МПа, раскрывающей воздушную камеру 1 длиной 20 м, и сбросу давления до 12 МПа, что фиксируется крешерным прибором. Срабатывание воздушной камеры обеспечивает гидравлический удар, максимальное давление которого составляет 169 МПа. Снижение давления в забое приводит к тому, что обеспечивается вынос загрязнений из призабойной зоны пласта.
Пример 2.
Выполняют, как пример 1, при этом воздушная камера, осуществляющая гидравлический удар, имеет диаметр 0,076 м и длину 50 м. В качестве композиций используют:
- кислотогенерирующую композицию, имеющую состав в масс.%:
Нитрат аммония
17
Перманганат калия
1
Азотнокислый барий
5
Алюминий АСД-1
0,7
Термит железоалюминиевый
14
Гексахлоран
30
Политетрафторэтилен
22,3
Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20,
пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М)
10
- термогазогенерирующую композицию, имеющую состав в масс.%:
Аммиачная селитра
47
Фтористый литий
1
Азотнокислый барий
11
Алюминий АСД-1
1,1
Термит железоалюминиевый
25
Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20,
пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М)
14,9
- газогенерирующую композицию, имеющую состав в масс.%:
Аммиачная селитра
83
Перманганат калия
2
Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20,
пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М)
15
- высокопрочную сгораемую композицию, имеющую состав в масс.%:
Аммиачная селитра
39
Бихромат натрия
3
Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20,
пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М)
58
В этом примере максимальное давление гидравлического удара составляет 145 МПа.
В результате проницаемость призабойной зоны пласта увеличивается, а дебит скважин возрастает. Применение технического решения позволит повысить продуктивность скважин.
В качестве композиций используют:
- кислотогенерирующую, имеющую состав в масс.%:
Нитрат аммония
12…17
Перманганат калия
1…3
Азотнокислый барий
5…8
Алюминий АСД-1
0,7…0,8
Термит железоалюминиевый
14…16
Гексахлоран
25…30
Политетрафторэтилен
22,3…30
Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20,
пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М)
5,2…10
- термогазогенерирующую, имеющую состав в масс.%:
Аммиачная селитра
35…47
Фтористый литий
1…2
Азотнокислый барий
11…15
Алюминий АСД-1
1,1…1,5
Термит железоалюминиевый
25…31
Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20,
пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М)
14,9…15,5
- газогенерирующую, имеющую состав в масс.%:
Аммиачная селитра
80…83
Перманганат калия
1…2
Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20,
пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М)
15…19
- высокопрочную сгораемую, имеющую состав в масс.%:
Аммиачная селитра
35…39
Бихромат натрия
3…5
Эпоксидный компаунд (смесь смолы ЭД-20,
пластификатора ЭДОС и отвердителя АФ-2М)
58…60