Устройство для локального разрыва пласта
DEVICE FOR LOCAL FRACTURING

Изобретение относится к прострелочно-взрывным работам в наклонных и горизонтальных скважинах и реализуется перед проведением гидроразрыва пласта с целью снижения начального давления закачки проппанта и предотвращения аварийных «стопов» (резких скачков давления продавки проппанта).
Известен кумулятивный перфоратор однократного применения (патент RU №2307235, МПК Е21В 43/117, опубл. 27.09.2007 г.), содержащий герметичный корпус, внутри которого расположен каркас с посадочными местами для ориентации кумулятивных зарядов и средства инициирования зарядов. Указанный каркас представляет собой трубу. В каркасе установлены кумулятивные заряды, имеющие парную ориентацию (два заряда, образующие пару), расположенные относительно друг друга под углом в 90°, а нижележащие соседние пары кумулятивных зарядов расположены в каркасе. Первое посадочное место заряда в вышележащей паре имеет тупой или острый угол смещения относительно первого посадочного места заряда нижележащей пары.
Недостатки устройства:
- во-первых, не имеет возможности направленной перфорации относительно ствола наклонной или горизонтальной скважины, т.е. не позволяет создать перфорационные каналы в заданном направлении, например, вверх при наличии подошвенной воды;
- во-вторых, не позволяет создать сеть микротрещин из перфорационных каналов, созданных в процессе перфорации, т.е. в прискважинной зоне продуктивного пласта;
- в-третьих, при использовании перед проведением гидравлического разрыва пласта (ГРП) невозможно снизить начальное давление закачки проппанта и предотвратить аварийные «стопы» вследствие резких скачков давления продавки проппанта.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является кумулятивный перфоратор однократного применения (патент RU №2318990, МПК Е21В 43/117, опубл. 10.03.2008 г.), содержащий корпус, внутри которого расположен каркас для ориентации кумулятивных зарядов и узел инициирования зарядов со сгорающим кабелем. Корпус имеет один или более предохранительных каналов для снижения нагрузки на корпус от продуктов взрыва, причем количество предохранительных каналов определено исходя из количества и характеристик взрывчатого материала и характеристик корпуса перфоратора. При размещении устройства инициирования в верхней части корпуса наибольшее количество предохранительных каналов расположено в верхней части корпуса. При размещении устройства инициирования в нижней части корпуса наибольшее количество предохранительных каналов расположено в нижней части корпуса. В зависимости от расположения кумулятивных зарядов предохранительный канал расположен или соосно с зарядом или перпендикулярно ему.
Недостатки устройства:
- во-первых, не имеет возможности направленной перфорации относительно ствола наклонной или горизонтальной скважины, т.е. не позволяет создать перфорационные каналы в заданном направлении, например, вверх при наличии подошвенной воды;
- во-вторых, не позволяет создать сеть микротрещин из перфорационных каналов, созданных в процессе перфорации, т.е. в прискважинной зоне продуктивного пласта;
- в-третьих, при использовании устройства перед проведением ГРП невозможно снизить начальное давление закачки проппанта и предотвратить аварийные «стопы», вследствие резких скачков давления продавки проппанта.
Техническими задачами изобретения являются создание устройства, позволяющего производить направленную перфорацию в стволе наклонной или горизонтальной скважины с возможностью создания сети микротрещин из перфорационных каналов, и использование устройства перед проведением ГРП с целью снижения начального давления закачки проппанта и предотвращения аварийных «стопов» вследствие резких скачков давления продавки проппанта.
Поставленные технические задачи решаются устройством для локального разрыва пласта, содержащим корпус, внутри которого расположен каркас для ориентации кумулятивных зарядов, корпус имеет предохранительные каналы, расположенные напротив кумулятивных зарядов, а также узел инициирования зарядов, расположенный в верхней части корпуса со сгорающим кабелем.
Новым является то, что в каркасе около каждого кумулятивного заряда установлен газогенерирующий заряд, причем газогенерирующий заряд расположен под углом с наклоном 15° относительно оси кумулятивного заряда, при этом каркас выполнен с возможностью вращения относительно герметичного корпуса, а на каркасе между каждой парой кумулятивного и газогенерирующего зарядов жестко зафиксирован эксцентричный груз, ориентирующий заряды в требуемом направлении относительно ствола наклонной или горизонтальной скважины, при этом узел инициирования кумулятивных и газогенерирующих зарядов срабатывает последовательно, при этом сначала приводят в действие с помощью сгорающего кабеля кумулятивные заряды, а затем - газогенерирующие заряды.
На фиг. 1 схематично показано предлагаемое устройство.
На фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
На фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1.
На фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1.
На фиг. 5 изображены каналы и сеть микротрещин, выполненные в продуктивном пласте наклонной или горизонтальной скважины с помощью предлагаемого устройства.
n
Устройство для локального разрыва пласта содержит герметичный корпус 1 (см. фиг. 1 и 2), внутри которого расположен каркас 2 для ориентации кумулятивных зарядов 3', 3'', 3''', …3.
n
n
n
1
2
Корпус 1 имеет предохранительные каналы 4', 4'', 4''', …4, расположенные напротив кумулятивных зарядов 3', 3'', 3''', …3. Например, (см. фиг. 1) толщина корпуса 1 s=6 мм, а толщина предохранительных каналов 4', 4'', 4''', …4 s=1,5 мм.
n
2
1
Предохранительные каналы 4', 4'', 4''', …4 выполнены в виде ослабления корпуса 1 из того же материала, что и корпус 1, но меньшей толщиной (s<s).
n
n
В каркасе 2 около каждого кумулятивного заряда 3', 3'', 3''', …3 установлен газогенерирующий заряд 5', 5'', 5''', …5 (см. фиг. 1 и 3).
n
n
Каждый газогенерирующий заряд 5', 5'', 5''', …5 расположен под углом с наклоном 15° относительно оси соответствующего кумулятивного заряда 3', 3'', 3''', …3 корпуса 1.
Каркас 2 выполнен с возможностью вращения относительно герметичного корпуса 1 с помощью подшипников 6' и 6''. На каркасе между каждой парой кумулятивного 3' и газогенерирующего 5' зарядов жестко зафиксирован, например, при помощи сварки эксцентричный груз 7' (см. фиг. 4), ориентирующий заряды в требуемом направлении относительно ствола наклонной или горизонтальной скважины.
n
n
n
Эксцентричные грузы 7', 7'', 7''', …7 (см. фиг. 2, 3) направлены вниз (см. фиг. 4) за счет эксцентриситета - е (см. фиг. 4), например, равного 10 мм. Поэтому ориентацию направления перфорационных каналов 8 (см. фиг. 5), т.е. угол установки кумулятивных зарядов 3', 3'', 3''', …3 (см. фиг. 2 и 3), подбирают относительно направления эксцентричных грузов 7', 7'', 7''', …7 (см. фиг. 4) вниз.
Например, при наличии подошвенной воды (на фиг. 1-5 не показано) под продуктивным пластом исключается перфорация, направленная вниз. Тогда выполняют направленную перфорацию (см. фиг. 3 и 4) вверх, влево и вправо, т.е. под углом 90° относительно направления вниз.
n
n
В верхней части корпуса 1 установлен узел инициирования 9 кумулятивных 3', 3'', 3''', …3 и газогенерирующих 5', 5'', 5''', …5 зарядов, например детонатор.
n
n
n
n
Узел инициирования 9 (см. фиг. 1-3) кумулятивных 3', 3'', 3''', …3 и газогенерирующих 5', 5'', 5''', …5 зарядов срабатывает последовательно. Сначала приводят в действие с помощью сгорающего кабеля 10 кумулятивные заряды 3', 3'', 3''', …3 (см. фиг. 1 и 2), а затем с помощью сгорающего кабеля 11 газогенерирующие заряды 5', 5'', 5''', …5 (см. фиг. 1 и 3).
n
n
Количество кумулятивных 3', 3'', 3''', …3 и газогенерирующих 5', 5'', 5''', …5 зарядов зависит от длины интервала локального разрыва пласта, а также от мощности зарядов и определяется опытным путем.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
n
n
n
n
n
Перед проведением ГРП в наклонной или горизонтальной скважине собранное на поверхности скважины устройство спускается на геофизическом кабеле 12 (см. фиг. 1 и 4) или колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) в заданный интервал наклонной или горизонтальной скважины, где за счет эксцентриситета - е эксцентричных грузов 7', 7'', 7''', …7, жестко закрепленных на каркасе 2, и благодаря подшипникам 6' и 6'' каркас 2 поворачивается относительно корпуса 1, и эксцентричные грузы 7', 7'', 7''', …7 размещаются снизу (на фиг. 2 и 3 показано стрелкой). Поэтому в наклонной и горизонтальной скважине пары кумулятивных 3', 3'', 3''', …3 и газогенерирующих 5', 5'', 5''', …5 зарядов размещаются вверх, влево и вправо (как показано на фиг. 2 и 3), т.е. под углом 90° относительно направления расположения эксцентричных грузов 7', 7'', 7''', …7 вниз.
n
n
n
n
Далее подачей электрического напряжения по геофизическому кабелю 12 замыкают цепь на узле инициирования 9 кумулятивных 3', 3'', 3''', …3 и газогенерирующих 5', 5'', 5''', …5 зарядов, при этом последовательно срабатывает узел инициирования 9 кумулятивных 3', 3'', 3''', …3 и газогенерирующих 5', 5'', 5''', …5 зарядов.
n
n
n
Сначала узел инициирования 9 приводит в действие посредством сгорающего кабеля 10 кумулятивные заряды 3', 3'', 3''', …3. Кумулятивные заряды 3', 3'', 3''', …3 выполняют в обсадной колонне 13 (см. фиг. 5) наклонной или горизонтальной скважины и породе пласта перфорационные каналы 8 глубиной до 0,6 м. Кумулятивные струи зарядов 3', 3'', 3''', …3 (см. фиг. 1 и 5) создают перфорационный канал 8 в обсадной колонне 13 наклонной или горизонтальной скважины, цементном кольце и части горной породы (на фиг. 1-5 не показаны).
n
n
Затем вновь срабатывает узел инициирования 9 (см. фиг. 1), приводит в действие посредством сгорающего кабеля 11 газогенерирующие заряды 5', 5'', 5''', …5, расположенные под углом с наклоном 15° относительно оси соответствующих кумулятивных зарядов 3', 3'', 3''', …3.
n
Кумулятивные заряды 5', 5'', 5''', …5 выполняют в соответствующих перфорационных каналах 8 сеть микротрещин 14 (см. фиг. 5).
n
n
Опытным путем установлено, что угол с наклоном 15° (см. фиг. 1) относительно оси предохранительных каналов 4', 4'', 4''', …4 корпуса 1 обеспечивает максимальный эффект от воздействия газогенерирующих зарядов 5', 5'', 5''', …5 в перфорационных каналах с целью создания сети микротрещин 14 в породах пласта.
n
После проведения прострелочно-взрывных работ устройство (корпус 1, каркас 2 с жестко закрепленными на нем эксцентричными грузами 7', 7'', 7''', …7) поднимают на поверхность.
n
Предлагаемое устройство сочетает направленное благодаря эксцентрично выполненным грузам 7', 7'', 7''', …7 перфорирование обсадной колонны 13 (см. фиг. 2 и 5) наклонной или горизонтальной скважины кумулятивными зарядами с термобарохимической обработкой продуктами сгорания газогенерирующих зарядов. Это позволяет выполнить сеть микротрещин в прискважинной зоне продуктивного пласта, в результате чего существенно повышается эффективность перфорации и производительность скважины.
Предлагаемое устройство спускается в скважину на геофизическом кабеле или на колонне НКТ. При резком повышении давления в скважине за счет срабатывания кумулятивных и газогенерирующих зарядов образуется газожидкостная смесь с высокой скоростью и под большим давлением. Газожидкостная смесь нагнетается через перфорационные каналы и естественные трещины в пласт, выполняя роль клина, раздвигающего горную породу. Образующаяся газожидкостная смесь позволяет создать в скважине давление, превышающее полное горное давление. Остаточная деформация горной породы препятствует смыканию трещин после снятия давления.
Сгорание газогенерирующих (твердотопливных) зарядов создает сеть трещин, заполненных активными продуктами горения:
- механическое воздействие проявляется в образовании в пласте остаточных трещин, очистке призабойной зоны пласта от продуктов химических реакций и песчано-глинистых частиц;
- тепловое воздействие в момент горения газогенерирующего заряда создает высокую температуру, которая обеспечивает очистку призабойной зоны скважины от кольматанта, т.е. происходит плавление отложений парафина и асфальто-смолистых веществ.
Применение предлагаемого устройства перед проведением ГРП в наклонной или горизонтальной скважине позволяет снизить давление закачки проппанта на 20-30% и избежать аварийных «стопов» (резких скачков давления при продавке проппанта).
Предлагаемое устройство для локального разрыва пласта позволяет:
- производить направленную перфорацию в стволе наклонной или горизонтальной скважины;
- создать сеть микротрещин из перфорационных каналов;
- использовать устройство перед проведением ГРП с целью снижения начального давления закачки проппанта и предотвращения аварийных «стопов» вследствие резких скачков давления продавки проппанта.