УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАРНО-ВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРОДУКТИВНЫЕ ПЛАСТЫ В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИНАХ

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использована для интенсификации фильтрационных процессов в продуктивных пластах при их разработке горизонтальными скважинами.
Известны способы и устройства для ударно-волнового (импульсного) воздействия на призабойные зоны скважин и продуктивные пласты в целом (Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. - М: Недра, 1990.-138 с; Попов А.А. Имплозия в процессах нефтедобычи. - М.: Недра, 1996. - 95 с; патент РФ №2327034, 16.12.2005; патент РФ №2373387, 01.07.2008 и др.). Ударно-волновое воздействие на породу-коллектор нефти и газа способствует очистке порового пространства породы, очистке внутренней поверхности обсадных труб и перфорационных каналов от механических осадков, отложений солей, асфальто-смолисто-парафиновых отложений, а также приводит к релаксации избыточных напряжений в породе, дополнительному растрескиванию породы, снижает эффективную вязкость пластовых флюидов и т.д., способствует снижению обводненности добываемой продукции и повышению нефтегазоотдачи продуктивных пластов.
Ударно-волновые процессы в стволе скважины вызываются различными способами - путем создания изолированных зон пониженного или повышенного давления в жидкости, заполняющей ствол скважины, с последующей быстрой разгерметизацией этих зон, а также с помощью электроразрядных устройств, вызывающих развитие процессов взрывного типа в жидкости и горной породе вокруг ствола скважины. В горизонтальные скважины устройства ударно-волнового воздействия спускаются на колоннах труб или на гибких трубах (технология колтюбинг).
2
2
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство для возбуждения ударно-волновых процессов в стволе скважины с помощью электрических разрядов (генератор плазменно-импульсного воздействия, патент РФ №2373386, 01.07.2008). Суть использования такого устройства заключается в том, что в стволе скважины создают короткие по времени (~50 мкс) импульсы высокого давления, достигающие сотен атмосфер (десятков МПа), причем в качестве средства создания упомянутых импульсов давления используют источник электроимпульсного разряда, спускаемый в скважину на кабеле. Устройство включает накопительный конденсатор, электроды, замкнутые металлической проволокой с площадью поперечного сечения от 0,1 мм до 0,9 мм. На электроды подают импульсы напряжения величиной от 2,6 кВ до 4,3 кВ через промежутки времени от 20 сек до 70 сек, обеспечивая тем самым взрыв проволоки и формирование ударных волн (импульсов) давления в жидкости, при этом расстояние между электродами составляет от 11 мм до 60 мм. Предусматривается перемещение источника вдоль ствола скважины на расстояние от 300 мм до 1000 мм.
Недостатком этого устройства, как и всех вышеуказанных, является то, что при их использовании в горизонтальных скважинах вся призабойная зона вокруг скважины подвергается ударно-волновой обработке примерно равным образом, то есть, фильтрационная проводимость породы после воздействия повышается во всех направлениях, в том числе и в направлении вниз, к уровню подошвенной воды. Это приводит к интенсификации движения подошвенной воды к скважине и ускорению процесса ее обводнения, что снижает эффективность работы горизонтальной скважины.
Полезная модель обеспечивает повышение эффективности работы горизонтальной скважины за счет снижения интенсивности ее обводнения после ударно-волнового воздействия.
Техническая задача решается путем включения в конструкцию генератора ударно-волновых импульсов электроразрядного типа элемента, обеспечивающего направленное воздействие импульсов давления на породу-коллектор, что является новым в конструкции генераторов указанного типа.
Сущность заявляемого технического решения заключается в следующем. Картина притока пластового флюида к горизонтальной скважине в плоскости, перпендикулярной ее стволу, показана на фиг. 1. Здесь криволинейными линиями со стрелками схематично изображены линии тока пластового флюида в приствольной зоне скважины. Важно отметить, что подавляющее большинство продуктивных пластов обладает анизотропией фильтрационных свойств, то есть, фильтрационная проводимость породы-коллектора в вертикальном направлении существенно, в несколько раз и более, ниже, чем в горизонтальном направлении вдоль пласта. Это означает, что приток нефти (или другой углеводородной фазы) к стволу горизонтальной скважины вдоль вертикальных линий тока (и близких к ним линий тока) значительно меньше притока нефти вдоль горизонтальных линий тока. Таким образом, нефть из расположенной выше ствола скважины прикровельной части продуктивного пласта более медленно продвигается к стволу, чем нефть, движущаяся к стволу в горизонтальном направлении. С другой стороны, это же свойство анизотропии породы обусловливает и более медленное продвижение к стволу скважины подошвенной воды, уровень которой находится ниже ствола горизонтальной скважины.
Улучшение фильтрационной проводимости породы в приствольной зоне скважины при ударно-волновом воздействии и, в частности, ее дополнительное растрескивание приводит к тому, что одновременно с улучшением условий притока нефти к стволу интенсифицируется и приток подошвенной воды вдоль линий тока, идущих к стволу скважины снизу. Ускоренное обводнение добываемой продукции существенно снижает эффективность эксплуатации горизонтальных скважин.
В заявляемом техническом решении реализуется направленное воздействие ударно-волновыми импульсами давления на породу-коллектор вокруг ствола скважины, а именно, реализуется ударно-волновое воздействие с преимущественно вертикальной (вверх) направленностью. С этой целью в конструкцию генератора ударно-волновых импульсов давления электроразрядного типа (например, патенты РФ №№2373386, 2373387), в котором в качестве источника ударно-волнового воздействия используется металлическая проволока, взрывающаяся под действием электрического разряда, включается дополнительный элемент. В корпусе генератора устанавливается полый цилиндр, охватывающий зону взрыва проволоки, причем цилиндр устанавливается с возможностью свободного вращения вокруг продольной оси генератора. В цилиндре выполняется продольный разрез, а противоположная разрезу часть цилиндра утяжеляется. На фиг. 2 показан генератор с описываемым цилиндром в поперечном сечении. Цифрой 1 отмечен цилиндр, цифрой 2 - продольный разрез в этом цилиндре, цифрой 3 - утяжеленная часть цилиндра.
При размещении генератора импульсов давления в стволе горизонтальной скважины описываемый цилиндр за счет действия гравитационных сил и вращения вокруг продольной оси генератора займет положение, при котором его утяжеленная часть будет находиться внизу, а, продольный разрез будет, соответственно, ориентирован вверх (фиг. 2). При взрыве проволоки под действием электрического разряда ударные волны, схематично изображенные на фиг. 2 пунктирными линиями со стрелками, выходя из взрывной зоны через продольный разрез в цилиндре, будут преимущественным образом воздействовать на породу в верхней части ствола горизонтальной скважины. Область наиболее интенсивного растрескивания породы вокруг ствола скважины отмечена на фиг. 2 цифрой 4.
В результате такого направленного ударно-волнового воздействия на породу-коллектор картина линий притока пластового флюида к стволу горизонтальной скважины изменится и примет вид, изображенный на фиг. 3. Характерной особенностью такой картины притока является то, что наиболее активизирован приток нефти в верхней части продуктивного пласта, расположенной выше ствола горизонтальной скважины. Здесь стрелками отмечен приток нефти к стволу скважины вдоль трещин, образовавшихся в результате ударно-волнового воздействия на пласт. При этом важно подчеркнуть, что ударно-волновое воздействие на породу в нижней части ствола будет ограниченным, то есть характер притока подошвенных вод к скважине существенно не изменится.
Работает устройство следующим образом. Генератор ударно-волнового воздействия электроразрядного типа с установленным на его корпусе цилиндром описанного выше типа спускается на гибких трубах в горизонтальную скважину до интервала обработки ствола скважины ударно-волновыми импульсами давления. После занятия горизонтального положения генератором продольный разрез цилиндра будет направлен вверх. Взрывные волны, развивающиеся при пропускании электрического разряда через металлическую проволоку и ее взрыве, через продольный разрез в цилиндре будут преимущественно воздействовать на верхнюю часть ствола скважины, инициируя дополнительное растрескивание породы в этой части. При использовании генераторов многократного действия ударно-волновое воздействие на породу может быть повторено необходимое количество раз и в различных участках ствола горизонтальной скважины.
Применение устройства, соответствующего заявляемому техническому решению, технологически не отличается от применения генераторов электроразрядного типа (патенты РФ №№2373386, 2373387) и будет обеспечивать более эффективное направленное воздействие на продуктивные пласты в горизонтальных скважинах.