УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА
ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ Полезная модель относится к области горнодобывающей промышленности, а
именно к области добычи текучих жидких или газообразных сред через скважины, и может быть использовано для повышения проницаемости коллекторов при обработке призабойных зон продуктивных пластов, в том числе и состоящих из плотных малопроницаемых терригенных горных пород, непроницаемость которых вызвана релаксацией напряжений вокруг скважины.
Для обработки коллекторов в терригенных горных породах чаще всего используют устройства, вызывающие гидроразрыв пласта 1. Устройство содержит средство для создания давления, т.е. насос для нагнетания рабочей жидкости или пены под высоким статическим давлением в скважину, пробуренную через продуктивный пласт, и средство герметизации скважины. Щели перфорации, предварительно образованные в скважине, под действием высокого давления становятся своеобразными концентраторами напряжений, в которых по линиям наименьшего сопротивления, образованных трещинами, происходит разрыв горной породы, расширение и развитие трещин в пласте. Устройство простое и несложное в эксплуатации, но для интенсификации добычи ископаемых из очень плотных терригенных пород устройство неэффективно. Высокая плотность и низкая проницаемость пород вызывают необходимость создания сверхвысоких нагружающих давлений. Это обстоятельство само по себе уже вызывает большие технические трудности, например, необходимость дополнительного уплотнения узлов устройства, упрочнения эксплуатационной колонны, цементного кольца скважины и т. п. Кроме того, случается, что чрезмерное давление приводит к нарушениям горнотехнических и горно-геологических условий разработки месторождения, восстановить которые впоследствии невозможно никакими известными средствами и способами. После такой обработки рабочая скважина полностью выходит из состава действующих.
МПК«Е21 В 43/25
Наиболее близким к заявляемому устройству, является устройство 2. Известное устройство для обработки призабойной зоны продуктивного пласта, содержит колонну герметичных насосно-компрессорных труб (НКТ), над которой расположен генератор гидроудара, установленный с возможностью передачи воздействия последнего вглубь колонны, а в нижней ее части установлено отклоняющее устройство. В нижней части колонны НКТ перед отклоняющим устройством установлен дроссель, регулирующий расход рабочей жидкости, подаваемой в скважину. Устройство содержит также резервуар с рабочей жидкостью, насос, входом соединенный с резервуаром, а выходом - с полостью колонны, средство герметизации скважины и средство герметизации верхней части колонны. Недостатком известного устройства является невозможность осуществления направленного ударного воздействия и воздействия звуковых волн на зоны, в которых концентрируется напряжение, возникшее при перераспределении горного давления, т.е. на зоны равновесия, уравновешивающие горное давление. Отклоняющее устройство отклоняет и разделяет непрерывную силовую волну на дискретные импульсы благодаря специально предусмотренным продольным пазам на его поверхности. Этим оно усиливает неравномерность нагружения, что только снижает воздействие статической и ударной нагрузки, вызывая необходимость еще большего поднятия давления нагружения для достижения в скважине давления, выше порового. К тому же устройство при эксплуатации требует больших трудозатрат, вызванных длительностью воздействия на продуктивный пласт для достижения желаемого увеличения его продуктивности, и трудозатраты эти не всегда оправданы, т.к. могут привести к отрицательному результату, а именно к разрушению скважины. Кроме того, прохождение гидроудара через дроссельное отверстие, неблагоприятно сказывается на работоспособности устройства, ведет к перегрузкам, вызывает разгерметизацию и обрывы НКТ.
При создании устройства основывались на известном факте, что существующее в глубине сложившихся наслоений горных пород давление, так называемое горное давление, при проведении горных разработок перераспределяется, и вокруг контура пробуренной скважины образуются единичные зоны равновесия, в которых
концентрируется напряжения, и которые уравновешивают перераспределенное горное давление вокруг указанной горной выработки. В основу создания полезной модели поставлена задача разработать устройство для обработки призабойной зоны продуктивного пласта, в котором путем усовершенствования отклоняющего устройства достигают возможности концентрировать акустическое воздействие в щелях перфорации, направляя его на зоны равновесия, уравновешивающие горное давление, турбулизировать поток рабочей жидкости в месте расположения отклоняющего устройства, создавая навигационные процессы, и только потом оказывать дополнительное силовое воздействие расширяющее, дополняющее и закрепляющее эффект, достигнутый воздействием звукового импульса и кавитации, а также повышают надежность и работоспособность устройства. Такое поочередное влияние акустического, кавитационного и силового воздействия на зоны равновесия позволяет снизить давление, развиваемое устройством и необходимое для трещинообразования. Невысокое нагрузочное статическое давление дает возможность применять заявляемый способ как для реконструкции старых, недействующих, закольматированных скважин, которые нельзя восстановить никакими другими известными способами, так и для повышения продуктивности новых работающих скважин со сниженным дебитом. Устройство при этом состоит из несложного широко распространенного недорогого оборудования и не требует больших трудозатрат по его обслуживанию и наладке. Поставленная задача решена тем, что устройство для обработки призабойной зоны продуктивного пласта, содержащее колонну герметичных насосно-компрессорных труб, над которой расположен с возможностью передачи воздействия вглубь колонны генератор гидроудара, а на нижнем конце установлено отклоняющее устройство, резервуар с рабочей жидкостью, насос, вход которого соединен с резервуаром, а выход с полостью колонны, средство герметизации скважины, средство герметизации верхней части колонны, согласно полезной модели, дополнительно содержит средство для сообщения полости скважины с резервуаром, а отклоняющее устройство выполнено в виде полого тела вращения, на боковой поверхности которого выполнены продольные, сквозные пазы, длина которых равняется величине проекции на вертикальную ось
скважины минимального расстояния между двумя близлежащими щелями перфорации, при этом внутри полости в нижней части тела вращения установлен конический отражатель. Конический отражатель, согласно полезной модели, может быть соединен с телом вращения неподвижно, а может быть установлен в нем с возможностью регулирования зазора между внутренней боковой поверхностью тела вращения и конусом отражателя. Такое регулирование зазора позволяет изменять угол отклонения акустического импульса, приспосабливая отклоняющее устройство к зоне перфорации скважины, подвергающейся обработке. Согласно полезной модели, резервуар устройства содержит измерительное средство, установленное с возможностью отображения уровня рабочей жидкости в нем. Тело вращения, согласно изобретению, может быть выполнено в виде полого цилиндра или полого гиперболического параболоида, радиус кривизны которого обеспечивает фокусировку акустических волн в глубине щелей перфорации, и зависит от глубины нахождения зоны перфорации в скважине, прочностных характеристик обрабатываемых горных пород, и длины щелей перфорации. Для каждой скважины параметры отклоняющего устройства подбирают индивидуально расчетным путем и исходя из предварительных результатов геофизического обследования скважины. Если плотность горных пород велика, а щели перфорации имеют большую протяженность, т. е. уходят далеко в толщу пласта, необходимо, чтобы акустическое воздействие распространялось на большое расстояние вдоль щели и имело при этом большую интенсивность воздействия, тело вращения при этом выполняют в виде гиперболического параболоида с большим радиусом кривизны; если плотность породы велика, а щели перфорации неглубокие, усиленное сфокусированное воздействие акустических волн нужно прилагать неглубоко от поверхности скважины, радиус кривизны параболоида меньше. Если породы коллектора имеют первоначальную проницаемость, и фокусирование акустических волн боковой поверхностью параболоида не требуется, тело вращения может иметь цилиндрическую форму.
образом, чтобы отверстие паза на наружной поверхности тела вращения было меньше отверстия паза на его внутренней поверхности. Такое выполнение пазов позволяет создавать дополнительную эжекцию рабочей жидкости при ее истечении из НКТ.
На представленном чертеже приведено схематически заявляемое устройство для призабойной обработки продуктивного пласта с отклоняющим устройством в виде гиперболического параболоида.
Устройство содержит колонну 1 НКТ, состоящую из отдельных соединенных между собой труб. Над колонной установлен с возможностью передачи своего действия внутрь колонны генератор гидроудара. В качестве генератора гидроудара может быть использован любой ударный инструмент 2, способный генерировать удар, например, гидравлический молот. Ударный инструмент снабжен в своей верхней части подвесным приспособлением 3 и соединен с колонной через переходник 4 и задвижку 5. На нижнем конце колонны установлено отклоняющее устройство 6. Отклоняющее устройство 6 может быть закреплено неразъемно или разъемно, например, с помощью резьбового соединения. Отклоняющее устройство 6 состоит из тела 7 вращения и конического отражателя 8. Конический отражатель 8 установлен внутри полости, в нижней части тела 7 вращения. Конический отражатель может быть выполнен неразъемно с телом вращения, а может быть установлен с возможностью регулирования зазора между внутренней боковой поверхностью тела 7 вращения и конусом отражателя 8. Благодаря выполнению тела вращения 7 в виде полого гиперболического параболоида, отклоняющее устройство является одновременно отклоняющим и репродуцирующим воздействие гидроудара на боковые поверхности скважины, а также концентрирует воздействие гидроудара в глубине щелей 9 перфорации. Тело 7 вращения выполнено с продольными, сквозными пазами 10 на своей боковой поверхности, длина которых 8 равняется величине проекции на вертикальную ось скважины 11 минимального расстояния между двумя близлежащими щелями 9 перфорации. Расстояния между щелями перфорации определены в результате предварительно проведенных геофизических исследований. Устройство содержит также резервуар 12 с рабочей
жидкостью, насос 13, входной патрубок которого соединен с резервуаром 12, а выходной - с полостью колонны 1. Расход насоса должен быть подобран так, чтобы он был больше текущей приемистости пласта. В резервуаре установлено измерительное средство, например, мерительная линейка 14, установленная с возможностью отображения уровня рабочей жидкости в резервуаре. Устройство содержит также средство 15 герметизации скважины и средство 16 герметизации верхней части колонны. При этом полость скважины соединена с резервуаром посредством трубопровода 17. Устройство монтируют и используют следующим образом. В нижней части колонны 1 монтируют отклоняющее устройство 6. Подвешивают ударный инструмент 2 с колонной с помощью подвешивающего устройства 3 к вышке агрегата для капитального ремонта скважин, опускают колонну в скважину и наращивают ее стандартными, трубами до уровня зоны перфорации. Места соединения труб укрепляют специальной мастикой и герметизируют изолирующей лентой ФУМ. На колонну 1 сверху устанавливают ударный инструмент 2. Соединяют ударный инструмент 2 через переходник 4 и задвижку 5 с колонной 1 НКТ. Устанавливают колонну так, чтобы ее нижний конец с отклоняющим устройством 6 находился на начальном отрезке перфорированного пласта. Герметизируют скважину 11, и трубопроводом 1/ соединяют полость скважины с резервуаром 12 для возвращения жидкости, переполняющей скважину, обратно в резервуар. Полость колонны 1 соединяют с входным патрубком насоса 13. Заполняют скважину рабочей жидкостью, например, пластовой водой. Пластовую воду разрабатываемого коллектора используют в качестве рабочей жидкости часто, принимая во внимание ее малую стоимость и полагая, что внутренние колебания частиц пластовой воды, совпадая с колебаниями включающих пород, приводят к дополнительным резонансным колебаниям, воздействующим на зоны равновесия. Через колонну 1 рабочую жидкость из резервуара 12 непрерывно нагнетают в скважину при помощи насоса 13, поддерживая неизменный его расход. Излишки непоглощенной пластом жидкости вытесняются из скважины обратно в резервуар и снова попадают из резервуара в скважину по схеме: резервуар - насос -колонна НКТ - скважина - резервуар. Установленная в резервуаре 12 мерительная линейка 14, позволяет непрерывно
измерять поглощение рабочей жидкости и таким образом косвенно определять текущую приемистость пласта. Изменение текущей приемистости пласта можно определять и регистрировать в автоматическом режиме, оснастив устройство для обработки призабойной зоны автоматической системой управления (АСУ), а также устройствами световой или звуковой сигнализации. Системы такого типа общеизвестны, они не касаются сущности полезной модели, поэтому детально не описываются. Поднимают давление в системе и создают избыточное статическое переменное давление. Величину избыточного давления изменяют от минимального значения, обеспечивающего постоянное поджатие рабочей жидкости к ударному инструменту 2, до максимальной величины, не превышающей давления репрессии с учетом давления столба рабочей жидкости. Преимущественно, максимальное давление выбирают в пределах 0,3 - 0,5 Мпа/сек. На волну переменного статического давления накладывают импульсы силы от гидроудара, которые генерируют с частотой в пределах (25 - 35) сек  и передают импульсы по столбу жидкости вглубь скважины. Возникающие от удара акустические волны также распространяются по столбу рабочей жидкости. Поскольку скорость распространения звуковых волн выще скорости распространения силовых волн, они достигают отклоняющего устройства 6 раньше, изменяют направление движения, отражаясь о конический отражатель 8, репродуцируются на боковые поверхности скважины 11 и, благодаря форме тела 7 вращения, фокусируясь в пучок, попадают в щели 9 перфорации. Оператор непосредственно или через управляющее устройство АСУ контролирует изменение интенсивности звуковых колебаний. Если звуковая волна не попала в зону равновесия, интенсивность звука не изменяется. Колонну 1 с отклоняющим устройством 6 перемещают вниз вдоль участка перфорированного слоя скважины на расстояние 5. Снова повторяют воздействие гидроударом и снова определяют наличие попадания в зону равновесия. Таким образом осуществляют последовательное воздействие на все щели перфорации по всей толще продуктивного пласта, обнаруживая максимально возможное количество зон равновесия. Сфокусированное акустическое воздействие на указанные зоны приводит к их разгрузке с образованием микротрещин, а импульсное воздействие гидроудара далее приводит к
лавинному трещинообразованию. К воздействию на коллектор звуковой волны переменного характера добавляется воздействие возникающей при этом акустической кавитации. Акустическая кавитация дополнительно способствует возникновению и развитию трещин. Зафиксировав попадание в зону равновесия, оператор непосредственно или через исполнительный орган  АСУ продолжает воздействие на пласт пульсирующей силовой нагрузкой гидроудара. Возникщие при этом трещины лавинно переходят в эшелоны трещин нормального разрыва, направленные вглубь пласта, объединяя между собой и открывая закрытые трещины, т.е. превращая пассивную пористость слоя в активную. При фиксации дополнительной приемистости гидроволновую обработку слоя пласта ведут до стабилизации приемистости, но при этом поглощение жидкости пластом должно составлять, преимущественно, не менее 10м для каждого обрабатываемого участка.
После гидроударноволновой обработки и получения стабильных результатов закачки в продуктивный пласт рабочей жидкости, наблюдают увеличение проницаемости слоя по притоку к скважине ранее невыбираемых запасов. С 1997 года устройство для обработки призабойной зоны продуктивного пласта было опробовано на продуктивных пластах различных месторождений. На всех обработанных с помощью этого устройства скважинах были получены положительные результаты. Добыча со всех обрабатываемых брошенных скважин была получена, а действующие скважины после обработки увеличили дебит, чему есть подтверждением нижеприведенные примеры.
Пример 1. Скважина №81 Богдановского месторождения. Дебит до обработки 1,3 тонны в сутки. После обработки дебит скважины увеличился до 7,103 тонны в сутки. За период с октября 1997 года по настоящее время скважина дала дополнительно около 3 тыс. тонн нефти.
Пример 2. Скважина №86 Богдановского месторождения. Дебит до обработки 0,1 тонны в сутки. После обработки дебит скважины увеличился до 5,2 тонны в сутки. Скважина работала с октября 1997г. по декабрь 1998г. и была утрачена в связи с попыткой повторного повышения продуктивности скважины путем применения гидроразрыва в сочетании с кислотной обработкой.
Пример 3. Скважина №9 Южно-Афанасьевского месторождения. Дебит до обработки -эпизодически до 0,73 тонны в сутки. После обработки с 01.02.99 по 01.10.99 дала дополнительно 292 тонны нефти и 201 тыс. м газа.
Пример 4. Скважина №6 Южно-Афанасьевского месторождения. Дебит до обработки 0,84 тонны в сутки. После обработки с 01.02.99 по 01.10.99 дала дополнительно 1856 тонн нефти и 957 тыс. м газа.
Пример 5. Скважина №181 Южно-Афанасьевского месторождения. До обработки скважина не работала. После обработки в июне 1999г. скважина на 01.10.99 г. дала около 104 тонн
нефти и 58 тыс. м газа.
Как видно из примеров, устройство позволяет преобразовывать пассивную пористость, содержащую недобываемые из продуктивного пласта полезные ископаемые, в активную пористость, и таким образом повышать их добычу в горных породах любого состава.
Список использованной литературы
1.Авторское свидетельство СССР №1819989, МКИ Е21В 43/26, 1993.
2.Патент Украины № 25244, МПК Е21В 43/28, 43/25, 1998 (прототип).
Директор общественной орг й ЦиЙ содействия горному искусству
Тарасенко