УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВТОРИЧНОГО ВСКРЫТИЯ С ОДНОВРЕМЕННОЙ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПЛАСТА

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для увеличения эффективности вторичного вскрытия пластов.
Для увеличения эффективности традиционного метода перфорации появились устройства, которые позволяют одновременно перфорировать и создавать трещины в прискважинной зоне пласта в интервале перфорации, а также осуществлять очистку перфорационных каналов для улучшения гидродинамической связи скважины с пластом.
Известно устройство для перфорации скважины и образования трещин в прискважинной зоне пласта, сочетающее перфорацию скважины (обсадной колонны) и воздействие продуктами сгорания твердого ракетного топлива.
Устройство состоит из двух узлов - узла для перфорации скважины с кумулятивными зарядами и узла для генерирования газа в виде гильзы из твердого ракетного топлива, окружающего перфоратор (см., например, патент США №5775426).
При срабатывании кумулятивных зарядов перфоратора воспламеняется гильза из твердого топлива, что приводит к образованию импульса высокого давления и созданию трещин протяженностью 1-2 м в прискважинной зоне пласта с одновременной очисткой перфорационных каналов.
Недостатком этого устройства является неэффективное использование энергии продуктов горения заряда газогенерирующего модуля для образования трещин и для очистки каналов перфорации. В
связи с потерями энергии и небольшой протяженностью трещин разрыва положительный результат во многих случаях не может быть достигнут, например, при обработке песчаников и других пород с высокой анизотропией. Необходимо учитывать ряд факторов, связанных с кратковременностью процесса воздействия на пласт, обусловленного временем горения заряда для генерирования газов и составляющего доли секунды. Энергия, выделяемая при горении заряда, расходуется на сжатие и подъем скважинной жидкости, нагрев окружающей жидкости и колонны и нагнетание продуктов горения через отверстия в обсадной колонне с образованием трещин в пласте.
Эффективность воздействия на пласт зависит в основном от диаметра отверстий в колонне и плотности перфорации. Эти параметры определяют суммарную площадь отверстий, через которые газы нагнетают в трещины. При уменьшении суммарной площади отверстий увеличивается энергия на сжатие и подъем жидкости и уменьшается на развитие трещин. При увеличении суммарной площади отверстий увеличивается энергия на развитие трещин и уменьшается на сжатие и подъем скважинной жидкости. Однако чрезмерное увеличение этой площади может привести к уменьшению прочности обсадной колонны, а также и к уменьшению давления в скважине до давления ниже давления разрыва пласта.
В настоящее время разработаны и применяются в кумулятивных перфораторах заряды с возможностью вскрытия прискважинной зоны каналами глубиной 500-800 мм и малым диаметром входного отверстия 8-13 мм, например, в обсадной колонне (заряды типа "deep-penetration"), a также заряды, обеспечивающие большой диаметр входного отверстия 13-30 мм и более (заряды типа "big-hole") с глубиной каналов 100-200 мм.
Заряды с большой глубиной каналов позволяют улучшить гидродинамическую связь участков пласта за зоной кольматации (загрязнения) со скважиной, если глубина перфорационных каналов больше радиуса зоны кольматации скважины. Заряды с большим диаметром входного отверстия позволяют увеличить суммарную площадь отверстий
в обсадной колонне при малой плотности перфорации и обеспечить необходимый расход жидкости и газов через отверстия для развития трещин при срабатывании узла для генерирования газа. Применение таких зарядов выгоднее, чем увеличение плотности перфорации, так как площадь отверстий пропорциональна квадрату диаметра и пропорциональна плотности перфорации в первой степени.
Эффективность трещинообразования в прискважинной зоне пласта существенно зависит также и от угла смещения смежных зарядов друг относительно друга в поперечном сечении устройства (угла поворота, ориентации, направления прострела каждого из зарядов или их фазировки), а при кратковременном импульсном воздействии продуктами горения заряда твердого топлива, характерном для данного устройства, эта ориентация имеет такую же значимость, как и диаметр перфорационного канала. Практикой установлено, что трещина в пласте может образоваться в направлении, не совпадающем с направлением перфорационных каналов, и что оптимальный угол смещения смежных зарядов друг относительно друга в поперечном сечении устройства (угол поворота - фазировки зарядов) должен быть не более 60°. В таком случае достигают максимального сообщения жидкости и газов между перфорационными отверстиями, например в обсадной колонне, и трещинами за счет минимизации кольцевого пространства вокруг обсадной колонны.
Это обеспечивает эффективное нагнетание жидкости и газов в трещины при срабатывании газогенератора, увеличивая их протяженность.
Процессом воздействия на пласт продуктами горения заряда газогенератора можно управлять с помощью рационального сочетания указанных выше типов кумулятивных зарядов и взаимным положением этих зарядов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для перфорации скважины и образования трещин в прискважинной зоне пласта по патенту РФ №2242590. Это
устройство включает средство инициирования его работы, узел для генерирования газов и узел для перфорации скважины с кумулятивными зарядами в виде гирлянды, расположенной по длине устройства и содержащей кумулятивные заряды первого вида, для вскрытия прискважинной зоны каналами, каждый из которых имеет глубину не меньше радиуса зоны кольматации скважины и кумулятивные заряды второго вида, для вскрытия прискважинной зоны каналами, каждый из которых имеет площадь поперечного сечения, превышающую в 1,1-6 раз площадь поперечного сечения канала от заряда первого вида.
Устройство позволяет увеличить эффективность использования энергии заряда газогенератора для создания протяженных трещин в пласте и очистки перфорационных каналов продуктами горения в породах различного типа независимо от их анизотропии. Однако, его конструкция не предусматривает возможности создания часто чередующихся каналов с различной площадью поперечного сечения, что бывает необходимо при ведении прострелочных работ в слоистых горно-геологических формациях.
Полезная модель направлена на расширение арсенала технических средств, предназначенных для ведения прострелочных работ в тех геологотехнических условиях, где работа устройства, выполненного в соответствии с конструкцией по патенту РФ №2242590 является менее эффективной.
Необходимый технический результат достигается тем, что в устройстве для перфорации скважины и образования трещин в прискважинной зоне пласта, включающем средство инициирования его работы, узел для генерирования газов и узел для перфорации скважины с кумулятивными зарядами в виде гирлянды, расположенной по длине устройства и содержащей кумулятивные заряды первого вида, для вскрытия прискважинной зоны каналами, каждый из которых имеет глубину не меньше радиуса зоны кольматации скважины и кумулятивные заряды второго вида, для вскрытия прискважинной зоны каналами, каждый из которых имеет площадь поперечного сечения, превышающую
в 1,1-6 раз площадь поперечного сечения канала от заряда первого вида, все или часть зарядов одного и/или другого вида расположены таким образом, что каждый из кумулятивных зарядов одного вида расположен смежно с одним или двумя зарядами другого вида.
Также за счет того, что каждый из кумулятивных зарядов смещен относительно каждого смежного кумулятивного заряда на одинаковый или разный по величине и одинаковый или разный по направлению смещения центральный угол.
За счет указанной совокупности признаков полезной модели возможно получение технического результата, выражающегося в достижении возможности рационального применения устройства для перфорации в ином спектре геологотехнических условий, чем известного устройства по патенту №2242590. Это объясняется тем, что в определенных условиях целесообразно разместить один или два кумулятивных заряда одного вида между зарядами другого вида, или разместить все заряды разных видов с чередованием один за другим, что не было предусмотрено в ближайшем аналоге.
Описание полезной модели поясняется одним чертежом, на котором показан общий вид устройства с узлом для генерирования газов и узлом для перфорации скважины.
Заявляемое устройство содержит узел для перфорации скважины и узел для генерирования газов. Узел для перфорации скважины состоит из одной или нескольких секций. Каждая секция включает кумулятивные заряды первого вида 1 для образования каналов увеличенной глубины, обеспечивающих вскрытие прискважинной зоны каналами глубиной, не меньшей радиуса зоны кольматации скважины, а также кумулятивные заряды второго вида 2, для образования каналов с увеличенной площадью поперечного сечения, обеспечивающих вскрытие прискважинной зоны каналами с площадью поперечного сечения, превышающей в 1,1-6 раз площадь поперечного сечения каналов от зарядов первого вида. Кумулятивные заряды установлены на каркасе 3. Устройство имеет соединительный узел 4 для поворота секций на
заданный угол, детонирующий шнур 5, цилиндрический корпус 6 из стали, кабельную головку 7, взрывной патрон 8 и наконечник 9. Узел для генерирования газов содержит трубчатые заряды 10 из твердого топлива, которые размещены на корпусе 6 соосно с ним.
Устройство имеет средство инициирования его работы, которое выполнено с возможностью первоначального инициирования работы узла для перфорации скважины и последующего инициирования узла для генерирования газов.
Узел для генерирования газов выполнен в виде набора из трубчатых зарядов твердого топлива, размещенных последовательно один за другим с образованием осевого канала, в котором в виде гирлянды размещены кумулятивные заряды обоих видов. Общая длина узла для генерирования газа в виде трубчатых зарядов твердого топлива равна общей длине гирлянды кумулятивных зарядов. Кумулятивные заряды узла для перфорации скважины размешены в цилиндрическом стальном корпусе, а трубчатые заряды твердого топлива размещены на этом корпусе.
Каждый из кумулятивных зарядов в гирлянде смещен вокруг центральной оси устройства относительно каждого смежного с ним кумулятивного заряда на одинаковый или разный по величине и одинаковый или разный по направлению смещения центральный угол.
В каждом конкретном случае величина угла смещения и направление смещения смежных кумулятивных зарядов, также как и расположение кумулятивных зарядов разных видов, будет зависеть от конкретных геологотехнических условий, в которых будет применяться устройство для перфорации, например, от конкретных пород, по которым проходит скважина, наличия и мощности породных пластов, расположенных в зоне перфорации, их наклона и т.д.
Необходимое количество секций с кумулятивными зарядами различного вида определяют на стадии проектирования обработки прискважинной зоны в зависимости от условий.
Устройство работает следующим образом.
При подаче по кабелю электрического импульса, срабатывают последовательно взрывной патрон 8, детонирующий шнур 5 и кумулятивные заряды 1 и 2, которые последовательно пробивают корпус 6, трубчатые заряды 10, стенки обсадной трубы и создают перфорационные каналы в выбранном интервале прискважинной зоны пласта, например продуктивного пласта. Инициирование (поджиг) зарядов 10 узла для генерирования газов осуществляется кумулятивными струями, после чего продукты горения трубчатых зарядов твердого топлива проникают в перфорационные каналы и в кольцевое пространство вокруг скважины, через которые нагнетаются в образовавшиеся трещины.
Устройство обеспечивает комбинированное воздействие на прискважинную зону и, более того, удаленную от ствола скважины зону. Устройство можно применять для перфорации открытого участка ствола скважины при разных вариантах ее обработки, например, при повреждениях во время бурения, для перфорации обсаженной скважины с одновременной очисткой перфорационных каналов, а также и для реперфорации скважины в целях, например, интенсификации притока.
Так как узел для перфорации скважины содержит заряды для образования каналов с увеличенной площадью поперечного сечения, например обсадной колонны, то появляется возможность дальнейшего увеличения воздействия на пласт с целью создания магистральных трещин, т.е. трещин с большей протяженностью и раскрытием за счет включения в узел для генерирования газов дополнительно трубчатых зарядов, размещенных по обоим концам узла для перфорации скважины. При срабатывании кумулятивных зарядов происходит инициирование (поджиг) трубчатых зарядов твердого топлива, окружающих узел для перфорации.