ПОРОХОВОЙ ГЕНЕРАТОР ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
POWDER GENERATOR OF PRESSURE AND METHOD FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а конкретно к пороховым генераторам давления, и может быть использовано для интенсификации добычи нефти и газа, вызванной механическим, тепловым и физико-химическим воздействием на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива.
Известен "Пороховой генератор давления облицовочный" для корпусных кумулятивных перфораторов и имплозивных устройств, по заявке РФ на изобретение №2009115084, выполненный в виде набора фрагментов, закрепляемых на корпусе устройств последовательно один за другим в единый трубчатый облицовочный заряд. Его фрагменты могут собираться из стержневых элементов любого профиля баллиститных артиллерийских порохов. Фрагменты порохового генератора давления облицовочного могут изготавливаться в виде однородных конструкций в форме трубы путем склеивания торцов пороховых элементов полимером холодного отверждения или в форме гибких пластин путем обвязки пороховых элементов нитроцеллюлозной или хлопчатобумажной лентой. Недостатком устройства является низкая эффективность воздействия на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива.
Известно "Устройство для перфорации скважин и трещинообразования в пласте" по патенту РФ на изобретение №2170339. Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и, в частности, к кумулятивным перфораторам и пороховым генераторам давления, применяемым в скважинах. Обеспечивает увеличение эффективности перфоратора и увеличение размеров каналов в колоннах и создания дополнительных трещин в прилегающей к скважине зоне. Сущность изобретения: устройство содержит соединенный с кабелем-тросом для спуска в скважину кумулятивный перфоратор с зарядами взрывчатого вещества. Он образует при детонации кумулятивные струи. Имеется пороховой генератор давления с твердотопливными элементами. Твердотопливные элементы порохового генератора давления расположены между кумулятивными зарядами взрывчатого вещества или около зарядов взрывчатого вещества, соприкасаясь с ними. Твердотопливные элементы могут быть расположены в нижней части устройства вместо груза или части этого груза. При этом твердотопливные элементы не пересекают оси кумулятивных струй и выполнены из неметаллизированного баллиститного или смесевого твердого ракетного топлива в виде цилиндров с центральным круглым каналом, в которых длина и диаметр центрального канала связаны соотношением (20…40):1. Содержание наполнителя-стабилизатора горения к массе твердотопливного элемента составляет не более 1,5%. В других вариантах устройства длина и диаметр центрального канала связаны другими соотношениями. Кроме того, в других вариантах приведено другое содержание наполнителя-стабилизатора горения к массе твердотопливного элемента. В других вариантах приведено и другое размещение составных частей устройства и их выполнение. Недостатком устройства является низкая эффективность воздействия на пласт, возможный выброс из скважины добываемого продукта, быстрое снижение давления в интервале обработки.
Известен "Способ перфорации и обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления" по патенту РФ на изобретение №2162514. Использование: при эксплуатации нефтяных скважин. Обеспечивает за один спуск-подъем аппаратуры перфорацию скважины, очистку обрабатываемого пласта от кольматирующих элементов, а сформированных перфорационных каналов в пласте - от корочки запекания и осуществление разрыва пласта. Сущность изобретения: способ и устройство для его осуществления включают перфорацию скважины корпусным кумулятивным перфоратором и имплозионное воздействие непосредственно в момент окончания перфорации скважины для очистки сформированных перфорационных каналов от корочки запекания с помощью имплозионной камеры, внутренняя полость которой соединена с внутренней полостью перфоратора. После этого срабатывает термогазогенератор, соединенный с перфоратором соединительным узлом, в котором имеется решетка с заглушенными отверстиями. Горячие газы термогазогенератора поступают в корпус перфоратора и через отверстия в его корпусе для кумулятивных зарядов по предварительно сформированным перфорационным каналам воздействуют непосредственно на перфорационные каналы в пласте. Выбирают характеристики заряда, конструкцию устройства и условия работы такими, чтобы обеспечить давление гидроразрыва пласта. Для оценки характера воздействия и характера работы устройства оно снабжено датчиками температуры и давления, а для определения места расположения прибора в скважине - локатором муфт. Недостатком изобретения является низкая эффективность воздействия на пласт, возможный выброс из скважины добываемого продукта, быстрое снижение давления в интервале обработки.
Известно "Устройство для вскрытия и газодинамической обработки пласта" по патенту РФ на изобретение №194151. Изобретение относится к технике прострелочно-взрывных работ в скважинах и может быть использовано для вторичного вскрытия прискважинной зоны пласта. Обеспечивает возможность создания дополнительного энергоносителя, способного образовывать при срабатывании кумулятивных зарядов в скважине мощный поток газов, движущийся за кумулятивной струей. Сущность изобретения: устройство включает корпусный кумулятивный перфоратор с головкой с загерметизированными боковыми отверстиями, кумулятивными зарядами, наконечником и две герметичные воздушные камеры с атмосферным давлением. Они расположены на концах перфоратора. В воздушных камерах размещены пороховые заряды. Между ними и кумулятивными зарядами помещены защитные шашки из недетонирующего смесевого топлива эластитного типа. Недостатком изобретения является низкая эффективность воздействия на пласт, быстрое снижение давления в интервале обработки.
Известен "Газогенератор на твердом топливе для обработки нефтегазовых скважин" по патенту РФ на изобретение №2311529. Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для стимуляции прискважинной зоны нефтегазового пласта твердотопливными зарядами - газогенераторами. Обеспечивает повышение надежности и эффективности устройства, достижение более высокого дебита нефти, газоконденсата и газа в скважинах любой направленности. Сущность изобретения: устройство включает трубчатые цилиндрические заряды, обеспечивающие вибрационный режим горения, воспламенительный заряд и грузонесущий геофизический кабель с элементами крепления конструкции. Согласно изобретению при обработке крутонаклонных, искривленных скважин и горизонтальных скважин, геофизический кабель расположен внутри гибкой непрерывной трубы, повторяющей направления скважины, имеет токопроводящие жилы для подсоединения к проводам инициирующего узла воспламенительного заряда. При этом гибкая непрерывная труба соединена с защитным кожухом - оболочкой вокруг зарядов в виде перфорированной или неперфорированной металлической насосно-компрессорной трубы, или изготовленной из стеклопластика, с помощью деталей, обеспечивающих стягивание зарядов вплотную друг с другом и с ней. Трубчатые цилиндрические заряды имеют длину каналов и разные диаметры этих каналов для обеспечения высокочастотных и низкочастотных имлульсов давления при горении этих зарядов. Недостатком устройства является низкая эффективность воздействия на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива.
Известно "Устройство для термогазохимической обработки продуктивного пласта" по патенту РФ на изобретение №2151282 (прототип устройства). Устройство содержит бескорпусный заряд из твердотопливного материала, который соединен с кабелем-тросом и выполнен в виде сплошной цилиндрической шашки с воспламенителем и центральным круглым каналом. Отношение длины канала к его диаметру равно (40-120):1. Перпендикулярно к центральному круглому каналу в теле заряда по его длине выполнены ряды поперечых сквозных каналов диаметром 0,25-1,1 диаметра центрального круглого канала. В каждом ряду поперечные сквозные каналы выполнены пересекающимися под прямым углом друг к другу, а расстояние по длине заряда между каждыми двумя соседними рядами поперечных сквозных каналов равно отношению (20-40):1 длины центрального круглого канала к его диаметру. Устройство дополнительно содержит выступающие из шашки сегменты из твердотопливного материала, расположенные на противоположных цилиндрических поверхностях шашки параллельно оси ее центрального канала. В сегментах выполнены продольные пазы. Расстояние между пазами равно наружному диаметру цилиндрической части шашки. Отношение длины окружности шашки к основанию каждого из выступающих сегментов составляет (6-9):1. Недостатком устройства является низкая эффективность воздействия на пласт, возможный выброс из скважины добываемого продукта, быстрое снижение давления в интервале обработки.
Известен "Комплексный способ стимуляции скважин" (прототип способа) по патенту РФ на изобретение №2282027. Способ используют в нефтяной промышленности. Обеспечивает повышение эффективности стимулирования скважины за счет усиления коплексного термогазохимического, барического и виброволнового воздействия на призабойную зону нефтяного пласта за счет использования порохового заряда без остаточных догорающих фрагментов топлива. Сущность изобретения: способ включает термогазохимическое барическое и виброволновое воздействие на продуктивный пласт с помощью газогенератора. Он имеет цилиндрический бескорпусный заряд с центральным круглым каналом из твердотопливного материала и соединен с геофизическим кабелем. Воздействие осуществляют путем сжигания в интервале продуктивного пласта этого заряда с одновременным накоплением давления пороховых газов в полости его центрального канала с последующей передачей энергии горения в продуктивный пласт. Согласно изобретению для избавления от остаточных фрагментов заряда в конце его горения используют заряд с выступающими на противоположных сторонах цилиндрической поверхности сегментами, параллельными оси его центрального канала с выполненными в них продольными пазами. При этом расстояние между пазами равно наружному диаметру цилиндрической части шашки. Отношение длины окружности шашки к основанию каждого из выступающих сегментов составляет (6÷9)÷1. Недостатком способа является низкая эффективность воздействия на пласт, возможный выброс из скважины добываемого продукта, быстрое снижение давления в интервале обработки.
Задачами создания изобретения являются: повышение эффективности воздействия на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива, увеличение давления на пласт в интервале обработки, предотвращение выброса из скважины добываемого продукта.
Решение указанных задач достигнуто за счет того, что пороховой генератор давления, спускаемый в скважину на геофизическом кабеле состоит из пороховых зарядов, соединенных между крышкой и поддоном тросом, не менее, чем один пороховой заряд содержит спираль накаливания, электрически соединенную с геофизическим кабелем, причем выше пороховых зарядов на геофизическом кабеле установлен верхний пакер, выполненный в виде эластичной оболочки с пороховым зарядом верхнего пакера и электрической спиралью верхнего пакера. Толщина проволоки спиралей в пороховом заряде и в пороховом заряде верхнего пакера выполнена различной. Спирали в пороховом заряде и в пороховом заряде верхнего пакера могут быть выполнены из разного материала. Между пороховыми зарядами и верхнем пакером установлен автономный цифровой манометр-термометр. Ниже пороховых зарядов может быть установлен нижний пакер, выполненный в виде эластичной оболочки с пороховым зарядом нижнего пакера и электрической спиралью нижнего пакера. Спираль в пороховом заряде нижнего пакера может быть выполнена такой же, как в пороховом заряде верхнего пакера. Верхний пакер содержит дополнительный пороховой заряд с детонатором. Нижний пакер содержит дополнительный пороховой заряд с детонатором.
Способ применения порохового генератора давления включает сжигание в интервале продуктивного пласта пороховых зарядов, причем перед воздействием на пласт перекрывают сверху проходное сечение скважины верхним пакером. Перед воздействием на пласт одновременно перекрывают проходное сечение скважины пакерами выше и ниже порохового заряда. После воздействия на пласт верхний пакер разрушают, приводя детонатором в действие дополнительный пороховой заряд. После воздействия на пласт нижний пакер разрушают, приводя детонатором в действие дополнительный пороховой заряд.
Проведенные патентные исследования показали, что предложенное техническое решение обладает новизной, промышленной применимостью и изобретательским уровнем, т.е. удовлетворяет всем критериям изобретения. Изобретательский уровень подтверждается тем, что новая совокупность существенных признаков обеспечивает получение нового технического результата.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1…6, где:
на фиг.1 пороховой генератор давления спускается в скважину,
на фиг.2 проходное сечение колонны труб перекрыто сверху верхним пакером,
на фиг.3 воздействие на пласт сжиганием пороховых зарядов,
на фиг.4 проходное сечение колонны труб перекрыто сверху и снизу пакерами,
на фиг.5 воздействие на пласт сжиганием пороховых зарядов,
на фиг.6 разрушение верхнего и нижнего пакера дополнительными пороховыми зарядами и подъем геофизического кабеля.
Пороховой генератор давления 1 спускается в скважину на геофизическом кабеле 2 и состоит из пороховых зарядов 3, соединенных между крышкой 4 и поддоном 5 тросом 6, не менее, чем один пороховой заряд 3 содержит спираль накаливания 7, электрически соединенную с геофизическим кабелем 2, причем выше пороховых зарядов 3 на геофизическом кабеле 2 установлен верхний пакер 8, выполненный в виде эластичной оболочки 9 с пороховым зарядом верхнего пакера 10 и электрической спиралью верхнего пакера 11. Толщина проволоки спиралей в пороховом заряде 3 и в пороховом заряде верхнего пакера 10 выполнена различной. Спирали в пороховом заряде 3 и в пороховом заряде верхнего пакера 10 могут быть выполнены из разного материала. Между пороховыми зарядами 3 и верхнем пакером 8 установлен автономный цифровой манометр-термометр 12. Ниже пороховых зарядов 3 может быть установлен нижний пакер 13, выполненный в виде эластичной оболочки 14 с пороховым зарядом нижнего пакера 15 и электрической спиралью нижнего пакера 16. Спираль в пороховом заряде нижнего пакера 16 может быть выполнена такой же, как в пороховом заряде верхнего пакера 10. Верхний пакер 8 содержит дополнительный пороховой заряд 17 с детонатором 18. Нижний пакер 13 содержит дополнительный пороховой заряд 19 с детонатором 20.
Способ применения порохового генератора давления 1 включает сжигание в интервале продуктивного пласта пороховых зарядов 3, причем перед воздействием на пласт перекрывают сверху проходное сечение скважины верхним пакером 8. Перед воздействием на пласт одновременно перекрывают проходное сечение скважины пакерами 8 и 13 выше и ниже порохового заряда 3. После воздействия на пласт верхний пакер 8 разрушают, приводя детонатором 18 в действие дополнительный пороховой заряд 17. После воздействия на пласт нижний пакер 13 разрушают, приводя детонатором 20 в действие дополнительный пороховой заряд 19.
Пороховой генератор давления 1 работает следующим образом. На геофизическом кабеле 2 он спускается в интервал обработки. На электрическую спираль верхнего пакера 11 подается напряжение, воспламеняется пороховой заряд верхнего пакера 10. Эластичная оболочка 9 верхнего пакера 8 заполняется продуктами горения порохового заряда, увеличивается в размерах и перекрывает сверху проходное сечение скважины. Одновременно может быть перекрыто проходное сечение скважины пакером 13 ниже интервала обработки, для этого на электрическую спираль нижнего пакера 16 подается напряжение, воспламеняется пороховой заряд нижнего пакера 15. Эластичная оболочка 14 нижнего пакера 13 заполняется продуктами горения порохового заряда 15 и перекрывает снизу проходное сечение скважины. Перекрытие интервала обработки скважины сверху позволяет создать большее локальное давление и более эффективно воздействовать на пласт, а снизу предотвращает закупорку каналов в породе шламом, который может подняться с забоя скважины во время работы порохового генератора давления. Спирали в пороховом заряде 3 и в пороховом заряде пакеров 8, 13 отличаются толщиной проволоки или материалом и выполнены с таким расчетом, чтобы спираль накаливания 7 нагрелась позднее электрической спирали верхнего пакера 11 и нижнего пакера 16, что позволяет воспламенить пороховые заряды 3 после перекрытия проходного сечения скважины пакером 8 или пакерами 8, 13. После нагрева спирали 7 воспламеняются пороховые заряды 3. Повышается давление на нефтегазоносный пласт, в результате которого происходит его разрыв и улучшаются пропускные свойства прилегающей к скважине породы. Давление и температура в скважине записываются на автономный цифровой манометр-термометр 12, например АМЦ-6. После воздействия на пласт верхний пакер 8 и нижний пакер 13 разрушают, приводя детонаторами 18 и 20 в действие дополнительные пороховые заряды 17 и 19. Геофизический кабель 2 с разрушенными пакерами 8 и 13 поднимается на поверхность.
Способ применения порохового генератора давления 1 включает перекрытие проходного сечения скважины, перед воздействием на пласт, сверху верхним пакером 8, или перекрытие проходного сечения скважины выше и ниже верхним пакером 8 и нижнем пакером 13. Сжигание в интервале продуктивного пласта пороховых зарядов 3. Разрушение верхнего пакера 8, или разрушение верхнего пакера 8 и нижнего пакера 13. Верхний и нижний пакеры 8 и 13 разрушают, приводя детонаторами 18 и 20 дополнительные пороховые заряды 17 и 19.
Применение изобретения позволило следующее.
1. Повысить эффективность воздействия на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива.
2. Увеличить давление на пласт в интервале обработки.
3. Предотвратить выброс из скважины добываемого продукта.
4. Предотвратить закупорку каналов в породе шламом, находящимся на забое скважины.
5. Повысить или восстановить пропускные свойства прилегающей к скважине породы.
6. Обеспечить термогазохимическую обработку и разрыв нефтегазоносных пластов.