УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВСКРЫТИЯ И ОБРАБОТКИ ПРИСКВАЖИННОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей и горной промышленности при освоении и разработке горизонтальных, а также наклонных и вертикальных скважин и предназначена для вскрытия, перфорации и повышения проницаемости прискважинной зоны пласта путем разрыва и трещинообразования.
Известно устройство для вскрытия и газодинамической обработки пласта (патент RU 2194151, МПК 7 Е 21 В 43/117,43/263, бюл.№34, 10.12.2002). Устройство включает корпусной кумулятивный перфоратор с головкой с загерметизированными боковыми отверстиями, кумулятивными зарядами, наконечником и две герметичные воздушные камеры с атмосферным давлением, расположенные на концах перфоратора, в которых размещены пороховые заряды и защитные шашки из не детонирующего смесевого топлива эластитного типа, причем шашки помещены между кумулятивными и пороховыми зарядами. Устройство позволяет значительно повысить проницаемость продуктивного пласта по сравнению с обычной перфорацией, проводимой без использования порохового заряда.
Однако устройство не может быть применено для повышения проницаемости продуктивного пласта в горизонтальных и сильно наклонных скважинах, так как оно опускается в скважину на геофизическом кабеле и поэтому не может быть доставлено в заданный интервал горизонтального участка скважины, малоэффективно для вскрытия и обработки продуктивного пласта
в горизонтальных скважинах, так как оно воздействует на небольшой по протяженности участок прискважинной зоны пласта.
Известно устройство для перфорации скважин и трещинообразования в пласте (варианты) (патент RU 2170339, МПК 7 Е 21 В 43/117, 43/263, бюл.№19, 10.07.2001). Устройство включает соединенные с кабелем-тросом для спуска в скважину кумулятивный перфоратор с зарядами взрывчатого вещества, образующего при детонации кумулятивные струи, и пороховой генератор давления с твердотопливными элементами, причем, твердотопливные элементы расположены между кумулятивными зарядами взрывчатого вещества или около зарядов взрывчатого вещества, в том числе соприкасаясь с ними, или в нижней части устройства вместо груза или части этого груза, при этом твердотопливные элементы не пересекают оси кумулятивных струй и выполнены из не металлизированного 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, а содержание наполнителя-стабилизатора горения к массе твердотопливного элемента составляет не более 1,5%. В других вариантах устройства длина и размер центрального канала связана другими соотношениями, кроме того в них приведено другое содержание наполнителя-стабилизатора горения к массе твердотопливного элемента, в других вариантах приведено и другое размещение составных частей устройства и их выполнение.
Устройство позволяет значительно повысить эффективность вскрытия продуктивного пласта, прострела стенок бурильной колонны, создания сети отверстий в стенках обсадных колонн, создания каналов и образования трещин в прилегающей к скважине зоне, однако не может быть применено для вскрытия
продуктивного пласта в горизонтальных и сильно наклонных скважинах, так как оно опускается в скважину на геофизическом кабеле и поэтому не может быть доставлено в заданный интервал горизонтального участка скважины. Устройство включает сложную схему инициирования и конструкцию, которая затрудняет прохождение устройства в скважине и ограничивает возможность задать высокую плотность перфорации при введенных соотношениях длины и диаметра центрального канала твердотопливных элементов, включает нетехнологичные с множеством различно ориентированных отверстий конструкции твердотопливных элементов, которые могут растрескиваться под воздействием распространяющихся в скважинной жидкости от детонирующих зарядов взрывчатого вещества ударных волн, что приведет к нестабильной, отличной от заданной работе твердотопливных элементов и поэтому к возможности возникновения аварийной ситуации на скважине.
Известен кумулятивный перфоратор ПНКТ1-89, спускаемый на насосно-компрессорных трубах (см. «Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник» под редакцией Л.Я.Фридляндера, Москва, «Недра», 1990 г., стр.62-72.). Кумулятивный перфоратор включает головку диаметром 73мм с ударным механизмом, герметичный корпус с кумулятивными зарядами, средствами детонирования и устройством передачи детонации и наконечник. Данный кумулятивный перфоратор взят за прототип.
Перфоратор ПНКТ1-89 позволяет за один спуск выполнить перфорацию всего заданного (на протяжении до 50 м) участка скважины, обеспечивая при этом плотность перфорационных каналов равной 3 отв./м, или 4,5 отв./м, или 6 отв./м, или 9 отв./м.
Однако сложная конструкция головки перфораторов и многоступенчатое срабатывание ее ударного механизма во
взаимодействии с подключенным к скважине для воздействия на ударный механизм насосно-компрессорным оборудованием не обеспечивают высокой надежности запуска упомянутых перфораторов в скважине, увеличивают стоимостные показатели работ вследствие использования перфораторов, включающих дорогостоящие узлы и элементы. Перфорирование горизонтального не обсаженного участка скважины может привести к обрушению прискважинной зоны пласта.
Сущность полезной модели. Полезная модель направлена на создание устройства, спускаемого на колонне насосно-компрессорных труб, для вскрытия и обработки прискважинной зоны пласта в горизонтальных, наклонных, вертикальных скважинах и скважинах с различной кривизной колонны.
Технический результат заключается в снижении возможности обрушения прискважинной зоны пласта под воздействием кумулятивных струй за счет использования в устройстве кумулятивных зарядов с низкой пробивной способностью, улучшении фильтрационноемкостных свойств прискважинной зоны пласта за счет повышения качества обработки прискважинной зоны продуктивного пласта, снижении себестоимости работ, интенсификации добычи нефти и газа и предотвращении аварийной ситуации на скважине.
Технический результат достигается тем, что устройство для вскрытия и обработки прискважинной зоны пласта, включает последовательно и герметично соединенные между собой головку с герметично установленным в ней приемно-пусковым устройством, преобразующим принятый кодированный пусковой сигнал в импульс электрического тока и обеспечивающим срабатывание средства инициирования, корпус в виде трубы и наконечник с заглушенным сквозным отверстием, в корпусе
размещены кумулятивные заряды, соединенные между собой втулками в гирлянду, верхняя часть которой соединена с головкой, и твердотопливные с центральным каналом заряды, установленные и зафиксированные на втулках, а также детонирующий шнур, пропущенный вдоль оси гирлянды через торцы кумулятивных зарядов и втулки, с установленным на нем средством инициирования, подключенным к приемно-пусковому устройству, причем количество и тип зарядов соответствуют геолого-техническим и геолого-физическим характеристикам скважины, устройство соединено с колонной насосно-компрессорных труб переходником со сквозными отверстиями, обеспечивающими гидродинамическую связь вышеупомянутой колонны со скважиной. Приемно-пусковое устройство включает источник питания, приемник и пусковой блок, в качестве приемника использован пьезоэлектрический датчик, принимающий акустический или гидродинамический кодированный пусковой сигнал, выход приемника соединен со входом пускового блока, а пусковой блок включает микропроцессор, вход которого соединен с выходом приемника, преобразователь напряжения, вход которого соединен с выходом микропроцессора, а выход его соединен с входом усилителя тока, выход которого соединен через выводы пускового блока со средством инициирования. Головка устройства включает уплотнительные кольца для герметичной установки в ней приемно-пускового устройства и стопорное кольцо для фиксации вышеупомянутого устройства в головке. Головка устройства может быть выполнена с ударным механизмом. Сквозное осевое отверстие наконечника заглушено опорным диском и уплотнительной пробкой.
На фиг.1 показан общий вид устройства для вскрытия и обработки прискважинной зоны пласта, а на фиг.2 показана принципиальная схема приемно-пускового устройства.
Устройство (фиг.1) включает головку 1, корпус 2 в виде трубы, и наконечник 3 с заглушенным сквозным осевым отверстием, которые герметично и последовательно соединены между собой. В головке 1 устанавливают уплотнительные кольца 4 для герметичного разобщения внутреннего объема устройства и объема скважины, приемно-пусковое устройство 5 и стопорное кольцо 6 для фиксации приемно-пускового устройства в головке. В корпусе 2 размещены кумулятивные заряды 7, которые соединены между собой втулками 8 в гирлянду и твердотопливные с центральным каналом заряды 9, которые устанавливают на втулках 8 и фиксируют на них, например сверху и снизу стопорными кольцами 10, причем количество и тип зарядов соответствуют геолого-техническим и геолого-физическим характеристикам скважины. Детонирующий шнур 11 пропущен вдоль оси гирлянды через торцы кумулятивных зарядов 7 и втулки 8. На верхней втулке 8 гирлянды установлено средство инициирования 12, например, взрыв патрон или электродетонатор, средство инициирования 12 соединено с детонирующим шнуром 11 и подключено к приемно-пусковому устройству 5 электропроводами. В наконечнике 3 сквозное осевое отверстие герметично заглушено опорным диском 13 и уплотнительной пробкой 14. К головке 1 прикреплен переходник 15 со сквозными отверстиями, обеспечивающими гидродинамическую связь колонны насосно-компрессорных труб со скважиной. Приемно-пусковое устройство 5 (фиг.2) включает приемник 16, пусковой блок 17, источник питания 18, приемник 16 выполнен в виде датчика, например пьезоэлектрического (см. Д.И.Агейкин и др.,
Датчики контроля и регулирования, Машиностроение, М., 1965, с.504) или датчика Холла (см. Г.Виглеб, Датчики, Мир, М., 1989, с.128), выход которого соединен с входом пускового блока 17, включающим микропроцессор 19, вход которого соединен с выходом приемника 16, а выход его через преобразователь напряжения 20 соединен со входом усилителя тока 21, выход пускового блока 17 подключен к средству инициирования 12, преобразователь напряжения 20 выполнен, например на базе микросхемы МАХ641, микропроцессор 19 выполнен, например на базе микросхемы типа Атtiny 15L, источник питания 18 - например литиевая батарея типа 51-760.
Устройство работает следующим образом. Собранное на устье скважины устройство для вскрытия и обработки прискважинной зоны пласта спускают на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) в обрабатываемый интервал скважины, наполненной скважинной жидкостью. На приемник 16, выполненный в виде пьезоэлектрического датчика, приемно-пускового устройства 5, работающего от источника питания 18, по команде с дневной поверхности подают кодированный акустический или гидродинамический сигнал. Приемник 16 передает принятый кодированный сигнал на микропроцессор 19 пускового блока 17. Микропроцессор 19 сравнивает принятый кодированный пусковой сигнал с заданным и в случае совпадения сигналов выдает команду на преобразователь напряжения 20, который преобразует принятый сигнал в импульс электрического тока, поступающий на усилитель тока 21, где происходит усиление сигнала до величин достаточных для срабатывания средства инициирования 12. Получив сигнал от приемно-пускового устройства 5, герметично установленного в головке 1 с помощью уплотнительных колец 4 и зафиксированного стопорным кольцом
6, срабатывает средство инициирования 12 и возбуждает детонацию детонирующего шнура 11, от которого срабатывают кумулятивные заряды 7, соединенные между собой втулками 8. Кумулятивные струи, образовавшиеся во время работы кумулятивных зарядов 7, пробивают сквозные отверстия в корпусе 2 и каналы соответствующей глубины в продуктивном пласте, вскрывая корпус устройства и пласт. Одновременно продукты детонации кумулятивных зарядов 7 внутри корпуса 2 устройства образуют давление и температуру достаточные для воспламенения установленных на втулках 8 и зафиксированных стопорными кольцами 10 твердотопливных с центральным каналом зарядов 9, которые, воспламенившись, образуют газообразные продукты сгорания, наполняющие внутренний объем корпуса 2 и вытекающие через сквозные отверстия корпуса 2 в скважину, заполняя прискважинную зону пласта и создавая в обрабатываемом интервале пласта заданную скорость нарастания давления и давление, превышающее давление разрыва пласта для образования широкой сетки трещин в продуктивном пласте. После окончания работы устройства возможно освоение скважины без извлечения устройства на дневную поверхность через колонну НКТ и отверстия в переходнике 15. Для предотвращения аварийной ситуации, связанной с демонтажем, раздутьем или разрывом устройства, когда во время работы устройства по каким-либо причинам образующееся внутри корпуса 2 давление превышает давление начала механического разрушения устройства, из наконечника 3 под действием высокого давления выталкиваются опорный диск 13 и уплотнительная пробка 14, вскрывается сквозное осевое отверстие в наконечнике 3, через которое в скважину вытекают газообразные продукты сгорания, снижается давление внутри корпуса 2 устройства и уменьшается
перепад давлений между внутренним объемом устройства и обрабатываемой зоной скважины.