СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПЛАСТА ЖИДКИМ ГОРЮЧЕ-ОКИСЛИТЕЛЬНЫМ СОСТАВОМ
TREATMENT METHOD OF BOTTOM-HOLE ZONE OF FORMATION WITH LIQUID COMBUSTIBLE OXIDATION COMPOUND

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для разрыва пласта и обработки призабойной зоны пласта нагретыми газами, образующимися при сгорании жидкого горюче-окислительного состава.
Широко применяемые на практике способы обработки призабойной зоны жидкими горюче-окислительными составами (ГОС) включают две основные операции - закачку ГОС с устья в забой скважины через насосно-компрессорные трубы (НКТ) и доставку кабель-тросом в зону обработки инициатора горения ГОС в виде порохового заряда.
Так, известен способ обработки пласта жидким горюче-окислительным составом, включающий размещение ГОС в скважине путем спуска в забой НКТ, через которую закачивают с устья скважины с помощью насосных агрегатов расчетное количество ГОС, производят продавку ГОС в зону обработки и последующее поднятие НКТ на безопасное расстояние от места размещения ГОС. Затем производят установку кабель-тросом инициатора горения ГОС на глубине 10-50 м от верхней границы ГОС, причем в качестве инициатора горения (источника тепловой энергии) используют пороховой заряд из баллиститного или смесевого топлива, в частности пороховой генератор давления типа ПГД.БК-100М, массой не менее 7 кг. В качестве ГОС в этом способе применяют водные растворы нитрата аммония с водорастворимым горючим органического происхождения. Для предотвращения гидроудара по устьевому оборудованию перед поджогом ГОС часть скважинной жидкости удаляют из скважины [см. патент РФ №2092682, E21B 43/263, опубл. 10.10.97, бюл. №28].
Преимуществом способа является увеличение продолжительности эффективной части импульса давления при сжигании ГОС.
Недостатками способа являются трудоемкость и продолжительность размещения в скважине ГОС путем спуска к забою НКТ, закачки с устья через НКТ ГОС и продавки его в зону обработки с использованием насосных агрегатов, а также использование в качестве инициатора горения ГОС взрывоопасного порохового заряда взрывчатого вещества с размещением его непосредственно в объеме массы ГОС, что неизбежно приводит соответственно к объемному взрыву всей массы ГОС и возможности нарушения целостности конструкции скважины и устьевого оборудования.
Наиболее близким к изобретению по технологической сущности является способ термохимической обработки продуктивного пласта, включающий размещение в зону обработки скважины горюче-окислительного состава путем закачки его через колонну НКТ, установку инициатора горения путем спуска его в герметизированном контейнере через колонну НКТ посредством промысловой лебедки непосредственно в горюче-окислительный состав и последующего разрушения контейнера путем взрыва шнуровой торпеды, установленной по всей длине контейнера, при соприкосновении в процессе спуска контейнера контактов шнуровой лебедки и источника электроэнергии, установленного в башмаке колонны НКТ. При этом в качестве инициатора горения используют твердый или жидкий (суспензионный) состав на основе боргидридов щелочных металлов и щелочи (NaOH или KOH). При соприкосновении с водой боргидриды в скважинных условиях разлагаются с выделением газообразного водорода, большого количества тепла и резкого давления [см. патент РФ №2153065, E21B 43/24, 43/25, опубл. 20.07.2000].
Отличительной особенностью способа-прототипа является то, что инициатор горения доставляется в массу ГОС в герметизированном контейнере путем спуска через НКТ с помощью промысловой лебедки.
Недостатками способа-прототипа являются трудоемкость и продолжительность размещения ГОС в зоне обработки скважины путем закачки его через колонну НКТ, а также сложность, ненадежность и опасность срабатывания инициатора горения в герметизированном контейнере, требующего предварительного разрушения его путем взрыва взрывчатого вещества в виде шнуровой торпеды, необходимости установления источника электроэнергии в башмаке НКТ и соприкосновения его контактов с контактами лебедки. Указанное срабатывание инициатора горения в среде ГОС приводит, кроме того, к объемному взрыву ГОС с резким повышением давления, что может привести к нарушению целостности конструкции скважины и устьевого оборудования.
Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности способа за счет упрощения технологии доставки и размещения ГОС в забое скважины, а также операций размещения и срабатывания инициатора горения ГОС.
Цель достигается тем, что в способе обработки призабойной зоны пласта жидким горюче-окислительным составом (ГОС), включающем размещение ГОС в скважине, установку инициатора ГОС путем спуска его в герметизированном контейнере, согласно изобретению размещение ГОС в скважине осуществляют путем доставки его контейнером-желонкой на кабель-тросе и вылива ГОС единой массой в забой до уровня подошвы интервала обработки пласта, а доставку инициатора горения в герметизированном контейнере производят кабель-тросом в область границы раздела между ГОС и скважинной жидкостью. При этом в качестве инициатора горения в герметизированном контейнере используют малогазовый, медленногорящий и высокотемпературный при сгорании твердый состав, например, на основе железоалюминиевого термита. Затем выполняют непосредственное срабатывание инициатора горения от источника электроэнергии, подаваемой через кабель-трос с устья скважины, с возможностью послойного сгорания ГОС.
Для осуществления способа размещение ГОС в скважине производят путем доставки его известным контейнером-желонкой [см. патент РФ №2209930, опубл. 10.08.2003, бюл. №22], представляющим корпус с окнами в верхней части и включающим крышку на срезных элементах, решетку-рассекатель, разделяющую полость желонки на две камеры - верхнюю для размещения в среде инертной жидкости (вода) заряда с электровоспламенителем и нижнюю для размещения ГОС, головку для ввода кабель-троса и заглушки. Заглушка выполнена в виде эластичной сгораемой мембраны сегментной формы, сферической поверхностью обращенной к крышке корпуса. При этом сферическая поверхность мембраны связана с размещенным в желонке горюче-окислительным составом прочной полимерной нитью с возможностью фиксации этой нитью мембраны к поверхности нижнего торца пробки ГОС, образующейся после вытеснения его из желонки. В качестве заряда с электровоспламенителем используется известный газогенерирующий патрон-генератор давления, представляющий пластмассовый корпус, снаряженный невзрывчатым газогенерирующим составом на основе аммиачной селитры и горючего эпоксидного полимера и узлом электровоспламенения [см., напр.: Газогенерирующий патрон-юнератор давления. - Росинформресурс. Татарский центр научно-технической информации. Информационный листок №5-95, 1995 г.].
В качестве ГОС в предлагаемом способе могут быть использованы широко применяемые в нефтедобывающей промышленности водные растворы нитрата аммония (аммиачной селитры) с водорастворимым горючим органического происхождения, например глицерин, мочевина, фенол, этаноламиннитрат и др. [см., напр.: Патент РФ №2219332, E21B 43/22, 43/25 от 20.12.2003; Научно-технический вестник «Каротажник», вып.43, г.Тверь, 1998, с.45-46].
В качестве инициатора горения ГОС в герметизированном контейнере в изобретении используется известный забойный источник тепловой энергии типа ППХ (прогреватель пласта химический), основанный на процессе послойного горения непосредственно в забое скважины малогазового (70-80 л на один кг состава), медленногорящего (2-3 мм/с при скважинном давлении 10 МПа) и высокотемпературного на поверхности горения (около 2400°C) твердого состава, например, на основе железоалюминиевого термита. Состав является невзрывоопасным, т.к. не обладает взрывчатыми свойствами. Предлагаемый инициатор горения ГОС представляет в герметичном исполнении контейнер, состоящий из устройства для подсоединения к стандартной кабельной головке, состава на основе термита (железоалюминиевый термит, азотно-кислый барий, алюминиевый порошок и горючий эпоксидный компаунд из смолы типа ЭД-20, взятых в соотношении 67:25:3:5 мас.%), узла электровоспламенения и камеры, служащей для накопления образующихся при послойном горении состава шлаков [см., напр.: Химический прогреватель пласта типа ППХ. - Ж. Нефтепромысловое дело, №12, 1976; Химические прогреватели пласта ППХ. - Росинформресурс. Татарский центр научно-технической информации. Информационный листок №6-94, 1994 г.].
Предлагаемый способ обработки призабойной зоны пласта горюче-окислительным составом осуществляется следующим образом.
Производят размещение ГОС в скважине путем доставки его контейнером-желонкой. Для этого в желонке последовательно устанавливают заглушку - сгораемую мембрану, ГОС, решетку-рассекатель, газогенерирующий патрон-генератор давления (заряд с электровоспламенителем), воду в качестве инертной жидкости и головку для ввода кабель-троса. Снаряженный контейнер-желонка на кабель-тросе спускается в забой скважины. Затем через кабель-трос подают с устья электрический импульс, после чего в автоматическом режиме последовательно происходит сгорание газогенерирующего патрона-генератора давления, образующиеся при этом газы оказывают давление одновременно на инертную жидкость, ГОС и связанную с ним полимерной нитью мембрану. ГОС совместно с мембраной, освобождаясь от желонки внутри скважины, образует единую массу - пробку в забое, располагаясь до заданного уровня подошвы интервала обработки пласта.
В следующей операции осуществляют доставку на кабель-тросе инициатора горения ГОС в герметизированном контейнере - забойного источника тепловой энергии типа ППХ на основе твердого термитного состава в область границы раздела между ГОС и скважинной жидкостью. Затем выполняют непосредственное срабатывание инициатора горения от электрического импульса, подаваемого через кабель-трос с устья скважины. Благодаря малой скорости горения термитного состава и малому объему выделяемых при этом газов удается сохранить постоянство площади поверхности воспламенения ГОС на границе раздела его со скважинной жидкостью, а в связи с высокой температурой сгорания термитного состава обеспечить и надежность воспламенения ГОС. В итоге достигается равномерный прогрев, воспламенение и сгорание ГОС от слоя к слою, т.е. послойное, так называемое в литературе, нормальное горение. Послойное горение ГОС в скважинных условиях приводит к существенному увеличению продолжительности воздействия образующихся при сгорании нагретых газов на призабойную зону при умеренном характере повышения давления в интервале обработки по сравнению с объемным сгоранием ГОС при использовании существующих инициаторов горения, располагаемых непосредственно в области середины массы ГОС, что приводит к резкому повышению давления и возможности нарушения целостности конструкции скважины. Кроме того, по сравнению с объемным горением, создающим резкое повышение давления и кратковременное воздействие газов на интервал обработки, при послойном горении ГОС осуществляется более полный нагрев, расплавление и последующий вынос закупоривающих каналы и поры пласта асфальтено-смолистых и парафиновых отложений, приводящих к повышению коллекторских свойств призабойной зоны пласта.
Пример конкретного выполнения способа
3
Проводят обработку призабойной зоны пласта нефтедобывающей скважины глубиной 1200 м и давлением в забое 12 МПа. Для проведения обработки призабойной зоны пласта в интервале 1188-1195 м в скважину на кабель-тросе доставляют ГОС в количестве 80 кг в контейнере-желонке до глубины 1199,5 м. Затем через кабель-трос подают с устья электрический импульс, после срабатывания в желонке газогенерирующего патрона-генератора давления при медленном поднятии желонки происходит вылив ГОС совместно со сгораемой мембраной, образуя в забое единую массу-пробку до уровня 1195 м. В качестве ГОС используют жидкий состав, состоящий в мас.% из нитрата аммония - 60,4; глицерина - 10 и воды - 29,6; с плотностью 1390 кг/м [См. Патент РФ №2100583, E21B 43/25, опубл. 27.12.97, Бюл. №36]. После вылива ГОС контейнер-желонку поднимают на дневную поверхность и в следующей операции производят доставку на кабель-тросе инициатора горения в виде забойного источника тепловой энергии типа ППХ с массой 10 кг твердого термитного состава на глубину 1195 м. От электрического импульса подаваемого с устья скважины через кабель-трос выполняют непосредственное срабатывание инициатора горения. В области границы ГОС - скважинная жидкость происходит равномерный прогрев, воспламенение и послойное сгорание ГОС продолжительностью около 20 минут при средней скорости горения ГОС около 4 мм/с. В конце горения ГОС продукты его сгорания воспламеняют и сжигают мембрану, находящуюся на дне скважины. В процессе послойного сгорания столба ГОС давление в забое скважины поднимается от 12 МПа до 18 МПа. За счет обработки призабойной зоны пласта нагретыми газами при сжигании ГОС достигается повышение проницаемости продуктивного пласта в два раза.
Предлагаемое изобретение повышает, таким образом, эффективность способа за счет упрощения операций доставки ГОС и инициатора горения, обеспечения послойного сгорания и существенного увеличения продолжительности воздействия нагретых газов на пласт за счет рационального размещения и срабатывания инициатора горения ГОС.