УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОЙ ПЕРФОРАЦИИ СКВАЖИНЫ И РАЗРЫВА ПЛАСТА

Устройство относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для вторичного вскрытия пласта с целью интенсификации добычи нефти.
Известны комплексные устройства, содержащие перфораторный модуль с кумулятивными зарядами и газогенераторный модуль с пороховыми зарядами, позволяющие проводить одновременно перфорацию и стимуляцию скважины в зоне расположения продуктивного пласта [1-7].
В комплексных устройствах бескорпусного типа [1-3] негерметичные пороховые заряды расположены в промежутках между кумулятивными зарядами.
Недостатком этих устройств является то, что для эффективной работы они требуют разработки специального, сложного по составу, порохового заряда не детонирующего типа и способного устойчиво гореть под действием продуктов взрыва и осколков мощных кумулятивных зарядов. Под действием ударных волн, возникающих при детонации кумулятивных зарядов и детонирующего шнура, пороховые заряды разрушаются на непредсказуемое количество осколков, что не позволяет объективно рассчитывать процессы горения пороха и газодинамического воздействия на пласт.
В устройствах [4-5], содержащих корпусный перфораторный модуль и бескорпусный газогенераторный модуль, пороховые заряды защищены от воздействия осколков, образующихся при взрыве кумулятивных зарядов. Однако эти негерметичные заряды имеют низкий коэффициент полезного использования энергии пороха, поскольку большая часть продуктов его сгорания, включая твердые остатки (хлористый калий), растворяются в скважинной жидкости, не производя полезной работы.
Общим и наиболее существенным недостатком устройств [1-5] является то, что они создают высокие взрыво-импульсные нагрузки на эксплуатационную колонну и цементный камень, ослаблял крепь скважины. Это обстоятельство накладывает известные ограничения на использование комплексных устройств бескорпусного типа, особенно в скважинах старого фонда.
Кроме того, к пороховым зарядам в этих устройствах, помимо отсутствия детонационной способности, предъявляются очень жесткие требования по физико-механическим свойствам: они не должны выщелачиваться, растрескиваться и деформироваться под действием высоких температур и давлений скважинной жидкости. Для российского устройства [5] до сих пор не разработан пороховой газогенерирующий заряд, полностью удовлетворяющий этим требованиям, в результате чего при работах с ним в глубоких скважинах случаются серьезные аварии с деформацией или смещением эксплуатационной колонны.
Известно устройство для перфорации и обработки призабойной зоны скважины [6], в котором кумулятивные и пороховые заряды расположены в герметичных камерах многократного использования, что позволяет снизить взрыво-импульсные нагрузки на эксплуатационную колонну и крепь скважины.
Недостатком этого устройства является малая энергоемкость и слишком большая масса конструкции, спускаемой в скважину, что ограничивает возможности его широкого использования. Две пустотелые камеры, содержащиеся в устройстве, хотя и создают дополнительный полезный
эффект в работе перфораторного модуля, однако не содержат в себе энергоносителя и, следовательно, не несут дополнительную энергетическую функцию.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для вскрытия и газодинамической обработки пласта [7], содержащее перфораторный модуль с кумулятивными зарядами и средствами их инициирования, помещенными в герметичный корпус, и два газогенераторных модуля, выполненных в виде двух герметичных зарядных камер с пороховыми зарядами.
Известное техническое решение обеспечивает возможность воспламенения пороховых зарядов после срабатывания кумулятивных зарядов и образования мощного потока пороховых газов, которые движутся в пласт вслед за кумулятивной струей и производят газодинамическую очистку перфорационных каналов с созданием новых трещин вокруг них.
Однако, вследствие ограничения суммарной массы пороховых зарядов, газогенераторные модули не позволяют производить разрыв пласта с образованием вертикальной трещины большого протяжения, как это происходит при обработках пласта пороховыми генераторами давления ПГД бескорпусного типа. [8].
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение стабильности и эффективности работы устройства в нефтедобывающих скважинах.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для одновременной перфорации скважины и разрыва пласта, содержащее головку с электровводом, наконечник, герметичный перфораторный корпус с кумулятивными зарядами и два газогенераторных модуля с пороховыми зарядами, каждый газогенераторный модуль содержит тонкостенную негерметичную зарядную камеру, цилиндрическая поверхность которой имеет систему выхлопных отверстий, обеспечивающих беспрепятственное истечение пороховых газов в скважину. При этом каждая негерметичная зарядная камера соединена с перфораторным корпусом с помощью
промежуточной камеры, имеющей на торце выхлопное отверстие, герметично закрытое со стороны зарядной камеры металлическим диском и уплотнительной пробкой. В промежуточной камере верхнего газогенераторного модуля металлический диск, изолированный от корпуса электроизоляционной шайбой, обеими плоскими сторонами соединен отрезками токоведущих проводников соответственно с электровводом головки и взрывным патроном.
Сущностью изобретения является создание устройства с герметичным перфораторным корпусом и негерметичной зарядной камерой, позволяющего повысить массу пороховых зарядов до величины, достаточной для разрыва пласта.
Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые позволяют успешно реализовать поставленную цель.
Сущность предлагаемого решения будет понятна из следующего описания и приложенного к нему графического материала.
Устройство для одновременной перфорации скважины и разрыва пласта содержит: 1 - перфораторный корпус; 2 - кумулятивные заряды; 3 - детонирующий шнур; 4 - взрывной патрон; 5 - зарядные камеры с выхлопными отверстиями 13; 6 - пороховые заряды; 7 - промежуточные камеры с выхлопными отверстиями 8; 9 - головку с электровводом; 10 - наконечник; 11 - геофизический кабель; 12 - каркас для кумулятивных зарядов; 14 - токоведущий проводник; 15 - металлические диски с уплотнительными пробками.
Устройство пласта работает следующим образом.
С помощью каротажного подъемника устройство опускают на геофизическом кабеле 11 в зону обработки скважины. Затем от взрывной машинки на дневной поверхности по кабелю 11 и проводнику 14, через электроизолированный металлический диск 15 в верхней промежуточной камере, подают импульс электротока на взрывной патрон 4, после
срабатывания которого подрываются детонирующий шнур 3 и кумулятивные заряды 2. Созданная при срабатывании каждого кумулятивного заряда кумулятивная струя пробивает стенку перфораторного корпуса 1, пробивает обсадную колонну скважины и образует перфорационный канал в породе прискважинной зоны пласта. Газообразные продукты взрыва, образуемые при этом в перфораторном корпусе, открывают выхлопные отверстия 8 в промежуточных камерах 7, отбрасывают диски 15 с уплотнительной пробкой и поджигают пороховые заряды 6 в зарядных камерах 5. При горении этих зарядов образуется большое количество высокотемпературных пороховых газов, которые истекают через систему выхлопных отверстий 13 в скважину и создают в зоне обработки избыточное давление, достаточное для разрыва пласта. Максимальное давление пороховых газов, необходимое для разрыва пласта, и масса пороховых зарядов, обеспечивающая его получение, предварительно рассчитываются по известной методике [8].
Проведение такой комплексной операции, включающей кумулятивную перфорацию скважины с одновременным разрывом пласта, обеспечивает повышение производительности скважин и позволяет получить наиболее значительный технико-экономический эффект.
Источники информации
1. Патент США №5355802, МПК Е21В 43/26 Способ и устройство для перфорации на депрессии и создания трещины в пласте.
2. Патент РФ №2170339, МПК Е21В 43/117, 43/263 Устройство для перфорации скважин и трещинообразования в пласте (варианты).
3. Патент РФ №9235217, МПК Е21В 43/117, 43/263 Устройство для совместной перфорации и трещинообразования в пласте.
4. Патент США №5775426, МПК Е21В 43/26 Способ и устройство для перфорации и стимулирования пласта.
5. Патент РФ №2242590, МПК Е21В 43/117, 43/263 Устройство для перфорации скважины и образования трещин в прискважинной зоне пласта.
6. Патент РФ №2162514, МПК Е21В 43/117, 43/18, 43/26 Способ перфорации и обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления.
7. Патент РФ №2194151, МПК Е21В 43/117 43/263 Устройство для вскрытия и газодинамической обработки пласта.
8."Каротажник", 2003, вып.106, издательство АИС, Тверь, A.M.Дуванов, Н.С.Санасарян, А.В. Балдин, Н.И.Новоселов, Влияние взрыво-импульсных нагрузок на формирование трещин в прискважинной зоне пласта.