СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА СКВАЖИНЫ
PROCEDURE FOR TREATMENT OF BOTTOMHOLE ZONE OF RESERVOIR OF WELL

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и предназначено для повышения эффективности импульсной обработки скважин за счет образования микро- и более глубоких трещин в призабойной зоне пласта для увеличения ее проницаемости.
Известен способ обработки призабойной зоны пласта скважины, включающий спуск в скважину импульсного генератора давления, содержащий в корпусе рабочий агент в виде порохового заряда, а также выполненные в корпусе сопла, предназначенные для выхода образовавшихся в результате сгорания порохового заряда газов из полости корпуса в скважину. В исходном положении генератора сопловые отверстия загерметизированы [См. авт. свид. СССР №1089348, кл. Е21В 43/25, 1984].
Недостатком вышеуказанного способа является низкая эффективность обработки призабойной зоны вследствие трудности осуществления одновременной разгерметизации всех сопловых отверстий. В случае разгерметизации части сопловых отверстий давление пороховых газов в полости генератора резко падает и часть отверстий может оказаться неразгерметизированной. В этом случае обработке подвергается только часть призабойной зоны пласта скважины, что снижает эффективность работы генератора и обработки скважины в целом. Другим недостатком этого способа и импульсного генератора для его осуществления является то, что пороховой заряд, используемый в качестве рабочего агента, представляет взрывчатое вещество, способное к детонации, что ввиду взрывоопасности снижает успешность и эффективность обработки скважин.
Известен способ обработки призабойной зоны пласта скважины, который включает спуск в скважину погружного генератора импульсов давления, состоящего из корпуса с расположенным в нем рабочим агентом, элементом инициирования рабочего агента, разрывным элементом и сопловыми отверстиями. Затем осуществляют инициирование рабочего агента и проводят импульсную обработку интервала перфорации. В качестве рабочего агента генератора используют смесь азида щелочного металла (например, окись железа), образующую при сгорании газообразный азот. Последний аккумулируют в корпусе генератора и при достижении температуры азота 550-700°С и давления 30-130 МПа подают газ в зону перфорации пласта скважины и осуществляют ее обработку в течение времени, не превышающего одну секунду [См. Патент РФ №2147337, кл.7 Е21В 43/25, опубл. 10.04.2004, бюл. №10].
Недостатком способа является то, что используемая в качестве рабочего агента генератора смесь азида щелочного металла с окислом металла является взрывчатым веществом, способным к детонации (класс опасности 1.4G по ГОСТ 19433-88), что из-за взрывоопасности, особенно при ударных воздействиях, снижает успешность и эффективность обработки скважин. Эта смесь, кроме того, обладает низкой газогенерирующей при сгорании способностью, выделяя 270 л/кг, что составляет 34% массы смеси. Вследствие низкой газогенерирующей способности смеси соответственно низок коэффициент полезного действия генератора и эффективность обработки скважин. При этом еще более существенным недостатком смеси азида щелочного металла и окисла металла является то, что при ее сгорании образуется около 66 мас.% высокотемпературных шлаков, особенно расплавленного металла (железа), способных забивать отверстия в стакане, где располагается рабочий агент, а также прилипать к рабочим поверхностям деталей в полости корпуса генератора. Указанные недостатки приводят к нарушению работоспособности генератора и к низкой эффективности способа. При этом следует отметить, что в способе не предусмотрена возможность безопасного сброса давления в корпусе генератора в случае несрабатывания клапанного узла (системы из поршня и рабочего болта). Не обоснованными являются также предлагаемые параметры подачи азота в зону перфорации пласта скважины, обусловленные по температуре пределами 550-700°С, по давлению в пределах 30-130 МПа и по времени обработки зоны перфорации, не превышающем 1 с. При подаче в зону перфорации газа даже с указанными пределами температуры, при коротком времени обработки пласта, не превышающем одну секунду, не может быть обеспечен нагрев, расплавление и удаление из перфорационных каналов отложений асфальтено-смолистых веществ. Создаваемые при импульсных воздействиях давления, которые могут привести к образованию трещин, прежде всего зависят от величины горного давления обрабатываемого пласта и продолжительности воздействия импульсных давлений.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ обработки призабойной зоны пласта скважины, который включает спуск в скважину погружного генератора импульсов давления, состоящего из корпуса с расположенным в нем рабочим агентом, выполненным в виде единого блока с ним элементом инициирования, разрывного элемента и сопловых отверстий; инициирование рабочего агента и проведение импульсной обработки интервала перфорации. При этом в качестве рабочего агента используют газогенерирующий при сгорании композиционный материал на основе гранулированной аммиачной селитры и эпоксидного компаунда с массой, обеспечивающей генерирование газообразных продуктов не менее 800 л/кг, амплитуду импульсов - 1,10÷1,35 горного давления обрабатываемого пласта, продолжительность импульсов - до одной минуты и частоту импульсов за это время - не менее 14-15 импульсов [см. Решение о выдаче патента на изобретение от 6 ноября 2007 по заявке №2006115267/03 (016596) от 03.05.2006].
Преимуществом способа-прототипа является более высокая газогенерирующая способность, более высокие параметры и длительность импульсного воздействия, создаваемые рабочим агентом, что способствует раскрытию и развитию трещин в призабойной зоне пласта, а также нагреву, расплавлению и выносу из трещин асфальтено-смолистых и парафиновых отложений, преимущественно из маловязких нефтей.
Недостатком способа-прототипа является снижение эффективности обработки призабойной зоны пласта с высоковязкой, особенно тяжелой нефтью, характерной для многих существующих в настоящее время месторождений. Это обусловлено тем, что смолисто-асфальтеновые отложения таких нефтей обладают высокой адгезионной способностью к поверхностям каналов и пор в пласте. В этой связи даже те величины амплитуды импульсных давлений и их продолжительность, которые реализуются в способе-прототипе, недостаточно обеспечивают вынос таких отложений из пор и каналов пласта, что снижает эффективность способа.
Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности обработки пор и каналов призабойной зоны пласта с отложениями, образованными из высоковязкой или тяжелой нефти.
Поставленная задача решается тем, что в способе обработки призабойной зоны пласта скважины, включающем спуск в скважину погружного генератора импульсов давления, состоящего из корпуса с расположенным в нем рабочим агентом, выполненным в виде единого блока с ним элементом инициирования, разрывного элемента и сопловых отверстий; инициирование рабочего агента и проведение импульсной обработки интервала перфорации, использование при этом в качестве рабочего агента газогенерирующего при сгорании композиционного материала на основе гранулированной аммиачной селитры и эпоксидного компаунда с массой, обеспечивающей генерирование газообразных продуктов не менее 800 л/кг, амплитуду импульсов - 1,10÷1,35 горного давления обрабатываемого пласта, продолжительность импульсов - до одной минуты и частоту импульсов за это время не менее 14-15 импульсов, согласно изобретению перед вышеуказанной, основной импульсной обработкой интервала перфорации осуществляют предварительную импульсную обработку этого же интервала перфорации с продолжительностью до 0,005 сек, частотой за это время не менее 4 импульсов и величиной наибольшей амплитуды импульса, составляющей не менее 5 величин горного давления, для чего используют один и тот же рабочий агент из газогенерирующего композиционного материала, что и для последующей за ней основной импульсной обработки, массой, обеспечивающей при сгорании этого материала в забое скважины давление срабатывания разрывного элемента в погружном генераторе в пределах от 80 до 100 МПа.
В изобретении с использованием регистрирующей аппаратуры высокой разрешающей способностью, кроме основного импульсного воздействия на интервал обработки с амплитудой 1,10÷1,35 горного давления и продолжительностью импульсов до одной минуты, установлено, что перед этим воздействием в этом же интервале обработки и с использованием одного и того же рабочего агента при давлениях срабатывания разрывного элемента в погружном генераторе в пределах от 80 до 100 МПа создаются весьма кратковременные, с продолжительностью одного импульса в пределах 0,0001÷0,0002 сек, по крайней мере, четыре импульса давления и с общей продолжительностью до 0,0005 сек. При этом величина первой наибольшей амплитуды, составляющей не менее 5 величин горного давления, сравнима с исходным давлением срабатывания разрывного элемента после сгорания рабочего агента в генераторе (см. чертеж, а).
В общем, импульсная обработка интервала пласта происходит, таким образом, в две стадии. На первой предварительной стадии, которую можно назвать стадией высокочастотного импульсного воздействия, почти сразу (примерно, через 0,005 сек) в результате истечения газообразных продуктов из сопловых отверстий создается удар и многократное отражение ударной волны от стенки эксплуатационной колонны скважины. Хотя амплитуды создаваемых на этой стадии импульсов многократно превышают горное давление, из-за кратковременности их они могут создать в интервале обработки пласта только микротрещины, но в значительной мере способствуют разрушению структуры неньютоновских нефтей, уменьшению вязкости, снижению поверхности натяжения (соответственно адгезионной прочности) и увеличению скорости фильтрации нефти по каналам пласта [см. напр. В.И.Кудинов, Б.М.Сучков. Интенсификация добычи вязкой нефти из карбонатных коллекторов. - Самарское книжное издательство, 1996, с.178].
На второй основной стадии (см. чертеж, б) импульсы давления в интервале обработки пласта создаются после выхода газообразных продуктов из сопловых отверстий в результате образования и пульсации газового пузыря. Хотя амплитуды импульсов на этой стадии имеют сравнительно меньшие величины (1,10÷1,35 горного давления), их продолжительность (до одной минуты) и многократность (до 14-15 импульсов), происходящие в отличие от первой стадии в режиме волн нагрузки-разгрузки, приводят к расширению микротрещин, проникновению нагретых газов в перфорационные каналы и более полному выносу снизивших на первой стадии адгезионную прочность асфальтено-смолистых отложений.
При давлениях срабатывания разрывного элемента в погружном генераторе менее чем 80 МПа эффективность первой предварительной стадии импульсного воздействия недостаточна по времени и числу импульсов для значительного разрушения структуры и снижению адгезионной прочности асфальтено-смолистых отложений в каналах пласта, т.к. при этом за еще более короткий промежуток времени возникает менее четырех импульсов, а величина наибольшей амплитуды в этом случае существенно снижается.
Так, по результатам испытаний, например, при давлении срабатывания разрывного элемента в погружном генераторе, равном 70 МПа, создаются только три импульса с общей продолжительностью 0,003 сек, а величина наибольшей амплитуды импульса в два раза меньше, чем при срабатывании разрывного элемента при 80 МПа.
При давлениях срабатывания разрывного элемента в погружном генераторе более чем 100 МПа эффективность обработки скважины на первой предварительной стадии импульсного воздействия на призабойную зону обрабатываемого интервала пласта ухудшается, т.к. в этих случаях создаются более высокие амплитуды и более продолжительное время импульсного воздействия на каналы пласта. При этом асфальтено-смолистые отложения в них не только структурно разрушаются и снижают адгезионную прочность, но и заталкивают эти отложения вглубь каналов, создавая закупоривающий эффект, что ухудшает их последующий вынос из призабойной зоны пласта.
Предлагаемый способ обработки призабойной зоны пласта скважины осуществляется следующим образом. Один или несколько снаряженных в виде единого блока рабочим агентом и элементом его инициирования генераторов импульсов давления, как и по способу-прототипу, спускают на кабеле-тросе в скважину в интервал обработки призабойной зоны пласта. С пульта управления на устье скважины подают через кабель-трос электрический импульс, который приводит в действие один или несколько размещенных в генераторах элементов инициирования. В результате воспламенения и сгорания рабочего агента образуются только газообразные продукты. Давление газов в корпусе генератора повышается и в конце сгорания рабочего агента достигает заданной величины, рассчитанной по массе рабочего агента в пределах от 80 до 100 МПа, благодаря чему происходит срабатывание разрывного элемента. Нагретые газы под высоким давлением истекают из сопловых отверстий, создавая удар и многократное отражение ударной волны от стенки эксплуатационной колонны. За счет многократного отражения ударной волны происходит предварительная импульсная обработка интервала перфорации с продолжительностью до 0,005 сек, частотой за это время не менее четырех импульсов и величиной наибольшей амплитуды импульса, составляющей до 5-6 величин горного давления. Предварительная импульсная обработка в результате высокочастотного импульсного воздействия на интервал перфорации способствует структурному разрушению асфальтено-смолистых отложений, снижению вязкости и адгезионной прочности их в каналах пласта, к возникновению микротрещин в ПЗП.
После выхода газообразных продуктов из сопловых отверстий в скважине образуется газовый пузырь и его пульсация. За счет пульсации газового пузыря в интервале перфорации создается основное импульсное воздействие с продолжительностью импульсов до одной минуты, частотой импульсов за это время не менее 14-15 импульсов и амплитудой импульсов в пределах 1,10÷1,35 горного давления обрабатываемого пласта. При основной импульсной обработке происходит расширение микротрещин, возникающих на предварительной стадии обработки, проникновение нагретых газов в перфорационные каналы и более полный вынос снизивших на предварительной стадии адгезионную прочность асфальтено-смолистых отложений. Следует отметить, что как предварительное, так и основная импульсная обработка обеспечивается использованием одного и того же рабочего агента единой массы.
Возможность осуществления предлагаемого способа и его эффективность подтверждаются результатами опытно-промыслового испытания на действующей скважине №1215 НГДУ «Ямашнефть» ОАО «Татнефть», эксплуатируемой на трудноизвлекаемую тяжелую нефть. Продуктивный пласт 5'' скважины находится в интервале глубин 1245-1248 м под горным давлением 123 атм (12,3 МПа). Текущий дебит по нефти составлял 3,0 т/сутки.
Опытный натурный образец погружного генератора импульсов давления соответствует по конструкции генератору, используемому в способе-прототипе, и состоит из загерметизированного с торцов крышками корпуса, где расположен в едином блоке рабочий агент с элементом его инициирования. Свободный объем корпуса генератора внутренним диаметром 70 мм и высотой 950 мм составляет 3,6 литра.
3
Рабочий агент диаметром 60 мм, высотой 225 мм и массой 0,8 кг представляет газогенерирующий при сгорании композиционный материал, уплотненный до плотности 1,48 г/см, на основе аммиачной селитры и эпоксидного компаунда при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Аммиачная селитра гранулированная марки Б
72
Бихромат калия технический
5
Эпоксидная смола марки ЭД-20 с отвердителем
ПЭГТА в соотношении 10:1
23
Элемент инициирования в блоке заделывается в тело торцевой части рабочего агента в виде нихромовой спирали диаметром проволоки 0,10÷0,15 мм и длиной 80÷100 мм.
Разрывной элемент в виде мембраны толщиной 1,8 мм и диаметром 30 мм представляет алюминиевый сплав марки Д-16 (ГОСТ 21631-76) и закреплен в нижней части корпуса генератора штуцером с внутренним диаметром 10 мм, от которого отходят сопловые отверстия диаметром 8 мм. Мембрана оттарирована на давление срабатывания, равное 800 атм (80 МПа).
Погружной генератор в собранном виде был спущен на кабель-тросе в интервал обработки призабойной зоны пласта скважины так, чтобы сопловые отверстия находились в 0,5 м от подошвы пласта. На кабель-тросе предварительно были закреплены два скважинных манометра (высокочастотный и штатный) автономного действия на расстояниях 2,0 и 2,3 м выше сопловых отверстий генератора. С пульта управления на устье скважины через кабель-трос был подан электрический импульс на элемент инициирования рабочего агента генератора. В результате сгорания рабочего агента и создания заданного давления газообразных продуктов сгорания произошло срабатывание разрывного элемента. Нагретые газы под высоким давлением (80 МПа) в результате истечения из сопловых отверстий предварительно создали удар и многократное отражение ударной волны от стенки колонны скважины, а затем после полного выхода газов из сопловых отверстий образовали газовый пузырь и его пульсацию, что привело к основному импульсному воздействию. Эти процессы фиксируют записи скважинных манометров, которые представлены на чертеже, отображающем результаты реальных скважинных испытаний.
Полученные записи свидетельствуют, что на предварительной стадии импульсные воздействия на пласт происходят с продолжительностью до 0,005 сек, частотой за это время не менее 4-х импульсов и величиной наибольшей амплитуды импульса, составляющей до 5-6 величин горного давления (чертеж, а). На последующей основной стадии создаются импульсные воздействия амплитудой импульсов 1,10÷1,35 горного давления обрабатываемого пласта продолжительностью импульсов до одной минуты и частотой импульсов за это время - не менее 14-15 импульсов. После освоения скважины дебит ее составил 8,7 т/сут, т.е. произошло повышение производительности скважины в 2,9 раза по сравнению с дебитом до обработки. Результаты опытно-промысловых испытаний подтверждают работоспособность и эффективность предлагаемого способа.