УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ СКВАЖИНЫ

Полезная модель относится к области оборудования нефтедобывающей промышленности, в частности, к устройству для повышения производительности скважин путем обработки призабойной зоны.
Известно устройство для обработки призабойной зоны скважины, патент RU 2330951, опубликованный 08.10.2008 г., которое содержит имплозионную камеру с атмосферным давлением длиной 20…50 м и перфорированную металлическую камеру с размещенной в ней твердой газогенерирующей композицией. Композиция состоит из двух частей, где первая часть, обращенная к воздушной камере, выполнена из сгораемой высокопрочной с малогазовым выделением композиции (СВК). Вторая часть твердой газогенерирующей композиции выполнена из термогенерирующей композиции. Приемная камера снабжена на ее верхнем торце разрушаемой тарированной диафрагмой и соединена муфтой, выполненной с отверстиями с дополнительной приемной камерой, в которой размещены СВК, воспламенитель и тарированная полимерная диафрагма. Диафрагма соединена муфтой с дополнительной воздушной камерой длиной 1,5…2,5 м. Недостатком данного устройства является очень сложная конструкция.
Известен патент RU №2114984, опубликованный в 1998 г., на устройство для вскрытия и обработки призабойной зоны скважины, которое включает корпусной кумулятивный перфоратор с головкой. Корпус имеет загерметизированные боковые отверстия. Устройство имеет кумулятивные заряды, наконечник перфоратора и дополнительный герметичный корпус в виде воздушной камеры с атмосферным давлением, размещенный между корпусом и головкой перфоратора. Между корпусом и наконечником перфоратора размещен второй дополнительный герметичный корпус - воздушная камера с атмосферным давлением. К недостаткам данного устройства относятся опасность, связанная с использованием в устройстве взрывчатых веществ, и низкая эффективность очистки призабойной зоны от снижающих его проницаемость отложений.
Известно устройство для обработки призабойной зоны скважины - патент RU №2075597, опубликованный 20.03.97.
Устройство представляет собой металлический корпус, который включает герметичную воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму и приемную камеру. В полости приемной камеры размещен твердый сгораемый композиционный материал, состоящий из двух частей. Причем, первая часть обращена к воздушной камере и сформирована из прочной композиции с малогазовым выделением при сгорании, а вторая часть сформирована из газогенерирующей композиции. При этом в первой части со стороны, которая обращена ко второй части, выполнена осесимметричная полость, заполненная смесью первой и второй частей, а на участке расположения второй части по боковой поверхности приемной камеры выполнены загерметизированные отверстия. Недостатком устройства является невысокая эффективность обработки призабойной зоны скважины; коэффициент успешности применения устройства невысок из-за преждевременного нарушения на забое скважины герметичности приемной камеры со сгораемым композиционным материалом.
Наиболее близким к изобретению, принятым авторами за прототип является устройство для обработки призабойной зоны скважины - патент RU №2138630 МПК Е21В 43/25, 43/18, заявленный 29.03.99 г., опубликованный 27.09.09 г.
Устройство включает воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму и приемную камеру со сгораемым газогенерирующим материалом, состоящим из двух частей. Первая часть, обращенная к воздушной камере, сформирована из прочной с малогазовым выделением при сгорании композиции и имеет осесимметричную полость, заполненную смесью первой и второй частей, выполненную в первой части со стороны, обращенной ко второй части. Вторая часть сгораемого твердого композиционного материала представляет собой газогенерирующую при сгорании композицию и выполнена с прочностью, превышающей забойное давление. Приемная камера выполнена из легкого упругопластичного материала, разрушаемого по мере сгорания размещенного в ней твердого композиционного материала.
Первая часть выполнена из сгораемого состава на основе железо-алюминиевого термита и эпоксидной смолы и имеет высокую прочность и малое выделение газов при сгорании. Она выполняет функцию диафрагмы-заглушки, сохраняющей прочность и герметичность конструкции при перепаде давления между атмосферным давлением в воздушной камере и давлением жидкости в скважине при операции спуска и установки устройства в интервале обработки призабойной зоны и, частично, генератора температуры.
Вторая часть выполняет роль генератора температуры и газов для термогазохимического воздействия на призабойную зону пласта, а также для воспламенения диафрагмы-заглушки, для ее раскрытия и создания имплозионного эффекта.
В устройстве-прототипе прогрев прискважинной зоны пласта, осуществляемый при горении медленногорящего композиционного материала, приводит к размягчению и расплавлению парафиновых, асфальтовых и смолистых отложений в структуре пласта и облегчает их имплозионное удаление из пор.
Недостатками работы устройства являются:
сравнительно небольшая глубина термогазохимического воздействия на продуктивный слой и, как следствие, недостаточно высокая эффективность устройства;
- плохая воспламеняемость сгораемого материала диафрагмы, герметизирующей воздушную камеру.
Причиной недостаточно глубокого термогазохимического воздействия является малый газоприход в единицу времени из-за использования медленногорящего (0.5…7.0 мм/с) материала. Малый газоприход в единицу времени не обеспечивает создания высокого избыточного давления, превышающего внутрипластовое, т.к. медленно образующиеся газы уходят из рабочей зоны, в основном, наверх между корпусом устройства и стенками скважины и лишь частично проникают в поверхностные слои пласта. В результате этого не реализуется или недостаточно эффективно реализуется механизм барического продавливания парогазожидкостной смеси через макропоры и трещины вглубь пласта, очистка их от различных парафиновых, смолистых отложений и пластовых флюидов, т.е. не достигается эффективного улучшения проницаемости более глубоких слоев пласта.
Для надежного воспламенения диафрагмы воздушной камеры вводится смесь композиций первой и второй частей сгораемого материала, что значительно усложняет технологию изготовления устройства.
Таким образом, данный механизм позволяет использовать от сгорания газогенерирующего композиционного материала, в основном, только один фактор воздействия на пласт - температурный. Барический и химический факторы от образующихся газов используются только в незначительной степени или не используются вообще.
Целью создания полезной модели является устранение этих недостатков, а именно, более эффективное увеличение проницаемости пласта призабойной зоны путем увеличения радиуса термогазохимического воздействия за счет комплексного использования всех трех факторов - температуры, давления и химического воздействия газов.
Устройство для обработки призабойной зоны скважины представлено на фиг.1. Устройство имеет подсоединенную к кабельной головке 1 герметичную воздушную камеру ,. заканчивающуюся приемной камерой - 3 с размещенным в нем сгораемым твердым композиционным материалом, состоящим из трех частей.
Первая часть композиционного материала 4, обращенная к воздушной камере, выполнена из прочного термостойкого медленногорящего состава со сравнительно небольшим газовыделением при сгорании. Она выполняет роль диафрагмы-заглушки с высокой термостойкостью и устойчивой воспламеняемостью, что позволяет упростить ее конструкцию, исключив осесимметричную полость со смесью первой и второй частей. Первую часть композиционного материала формируют из состава с термостойкостью не ниже 150°С; калорийностью не менее 700 Ккал/кг; скоростью горения 1…3 мм/с.
Вторую часть композиционного материала 5 выполняют из быстрогорящего термостойкого газогенерирующего состава, который выделяет при сгорании большое количество горячих газов в единицу времени, т.е. обеспечивает интенсивный газоприток, но так быстро, что образующиеся газы, не успевают уходить из рабочей зоны через межтрубное пространство между устройством и стенкой скважины. Создается высокое избыточное давление, превышающее внутрипластовое, за счет чего горячие газы продавливаются через трещины и поры в структуру пласта, обеспечивая его термогазобарохимическую обработку. Вторую часть композиционного материала формируют из состава с термостойкостью не ниже 150°С, скоростью горения 20…80 мм/с, при сгорании 1 кг которого выделяется не менее 1000 л газа и не менее 800 Ккал тепла.
Третью - нижнюю часть композиционного материала формируют из медленногорящего термостойкого газогенерирующего состава. Она выполняет роль генератора температуры и газов для предварительного прогрева прискважинной зоны пласта и газохимического воздействия на пластовые флюиды. Третью часть композиционного материала формируют из состава с термостойкостью не ниже 150°С, скоростью горения 2…5 мм/с, при сгорании 1 кг которого выделяется не менее 1000 л газа и не менее 800 Ккал тепла.
Сущность полезной модели заключается в следующем. Герметичную воздушную (имплозионную) камеру 2, имеющую приемную камеру 3, снаряженную сгораемым твердым композиционным материалом, состоящем из трех частей 4, 5, 6, спускают на кабель-тросе в забой скважины таким образом, чтобы приемная камера была напротив интервала обработки пласта. С устья скважины через кабель-трос подается электрический импульс на воспламенитель 7 нижней - третьей части композиционного сгораемого материала, который, послойно сгорая, образует горячие газообразные продукты и создает небольшое давление. Третья - медленногорящая газогенерирующая композиция 6 воспламеняет среднюю быстрогорящую газогенерирующую композицию 5, которая за счет интенсивного газопритока в единицу времени создает быстрый рост давления, обеспечивающего развитие сети трещин в структуре пласта и проникновение горячих газов в предварительно прогретую прискважинную зону пласта на гораздо большую глубину, чем в случае устройства прототипа, и повышение внутрипластового давления. Нагретые газы под большим давлением проникают в поры и трещины призабойной зоны, расплавляя и разрушая находящиеся в них пробки в виде парафиновых, асфальтовых и смолистых отложений. В конце своего сгорания они воспламеняют верхнюю - первую часть композиционного материала 4, выполняющего роль диафрагмы-заглушки. После сгорания диафрагмы-заглушки раскрывается воздушная (имплозионная) камера, в нее устремляется, в основном, поток скважинной жидкости, т.к. выполняющий роль диафрагмы-заглушки композиционный материал 4 (верхняя часть), сформированный из малогазового сгорающего материала, практически не образует дополнительных газов, что обеспечивает высокую эффективность работы имплозионной камеры.
За счет потока жидкости из скважины в воздушную камеру в забое создается резкое снижение давления (имплозия), приводящее к тому, что парафиновые, асфальтовые и смолистые отложения, предварительно расплавленные, и имеющие вследствие этого более низкую вязкость и адгезию к поверхности пор пласта, более полно выносятся из призабойной зоны скважины.
Таким образом, предлагаемое устройство, снаряженное тремя частями горючего композиционного материала, изготовленного соответственно из термостойкого медленногорящего газогенерирующего состава, термостойкого быстрогорящего газогенерирующего состава и малогазового термостойкого материала, обеспечивает механизм комплексного воздействия на пласт: температуры за счет длительного прогрева от горения медленногорящего газогенерирующего состава и давления за счет выделения газов газогенерирующим композиционным материалом от плавного его повышения при сгорании медленногорящей части до резкого скачка давления при сгорании быстрогорящей части с последующей релаксацией давления за время сгорания диафрагмы-заглушки и затем резкого спада давления при раскрытии диафрагмы-заглушки с созданием эффекта имплозии. В результате эффективность работы предлагаемого устройства существенно повышается как в части расширения радиуса действия, так и в части повышения мощности имплозионного эффекта за счет большего перепада давлений между внутрипластовым давлением и давлением в имплозионной камере.
Оптимальным массовым соотношением первой, второй и третьей частей горючего композиционного материала является 1:7:3 - 1:5:5, соответственно. Уменьшение массовой доли второй части менее 5 приводит к снижению уровня давления до величин, не обеспечивающих эффективное трещинообразование в пласте, а, значит, и существенного повышения его проницаемости. Увеличение массовой доли второй части более 7 может привести к преждевременной разгерметизации имплозионной камеры. Уменьшение массовой доли третьей части менее 3 приводит к сокращению длительности прогрева призабойной зоны пласта, и снижает действие температурного фактора. Увеличение массовой доли к третьей части более 5 снижает долю второй части, отвечающей за барическое воздействие на пласт и которая не должна быть менее 5.
Пример конкретного выполнения.
Устройство для обработки призабойной зоны скважины состоит герметичной воздушной камеры 2, выполненной из бурильной трубы диаметром 73 мм длиной 11,5 м. К ней присоединена приемная камера 3 из полипропиленовой трубы длиной 2.5 м с толщиной стенки 5 мм, которая снаряжена сгораемым композиционным материалом, состоящим из трех частей. Первая часть 4 весом 1.,2 кг изготовлена из малогазового твердого горючего состава со скоростью горения 1.5 мм/с; термостойкостью 160°С и прочностью 20 МПа. Вторая часть 5 весом 8.1 кг выполнена из газогенерирующего быстрогорящего твердого состава с термостойкостью 220°С; скоростью горения 52 мм/с, при сгорании которого выделяется 7980 л газа и 6500 Ккал тепла. Третья часть 6 весом 3,9 кг выполнена из газогенерирующего медленногорящего твердого состава с термостойкостью 220°С; скоростью горения 5 мм/с, при сгорании которого выделяется 3450 л газов и 2520 Ккал тепла. Все три части (4, 5, 6) выполнены в виде цилиндрических блоков диаметром 63 мм, расположены в приемной камере последовательно сверху вниз и плотно примыкают друг к другу. Приемная камера снизу загерметизирована эпоксидным клеем толщиной 2 мм и слоем герметика Г-11.1 (ТУ 84-7509103-93) толщиной 20 мм.
Устройство спускают на кабель-троссе, присоединенном к кабельной головке 1, на забой скважины и устанавливают приемную камеру 3 напротив обрабатываемого интервала пласта. С устья скважины подают электрический импульс на воспламенитель третьей части сгораемого твердого композиционного материала. После окончания работы устройства его поднимают на поверхность. В результате обработки дебит скважины повышается в 1.5 раза.