УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА

Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для интенсификации притоков нефти и газа из продуктивных пластов и увеличения их добычи. Оно также относится к области угольной промышленности, а именно, для дегазации предварительно заводненных угольных пластов (для выхода метана).
Известны устройства на основе твердотопливных элементов (ТТЭ) для обработки скважин, называемые генераторами. На кабель-тросе (каротажном кабеле) их опускают в скважину и устанавливают в интервале обработки продуктивного пласта или вблизи его.
При сгорании ТТЭ происходит термогазохимическое воздействие на пласт с последующим увеличением добычи углеводородов.
В устройствах - аналогах [1…5] имеются только канальные ТТЭ (шашки). Общими их недостатками являются несовершенство воспламенительных узлов с использованием громоздкой оснастки, проходящей через каналы шашек. Металлические части оснастки могут оставаться в скважине после их обработок. Кроме того, при повышенных температурах и давлениях такая оснастка затрудняет выход продуктов сгорания из канала. Из-за этого увеличивается вероятность разрывов шашек.
При термогазохимической обработке ТТЭ в коллекторах расширяются перфорационные каналы, образуются трещины, расплавляются различного рода отложения, происходит очистка пласта от продуктов химической реакции, песчаных и глинистых частиц и происходят другие процессы.
Эффективность таких обработок скважин можно повысить за счет вибрационного режима горения ТТЭ. Он вызывает упругие волны давления, генерируемые из канала элемента, и осуществляет дополнительное виброволновое воздействие на продуктивные пласты. Оно влияет на горные породы и флюиды. В конечном итоге образуются микротрещины и каналы, улучшаются фильтрационные характеристики пластовой жидкости, и т.д. Вибрации способствуют уменьшению величины давления, которое разрушает горные породы.
Генератор-аналог с виброволновым воздействием на пласт описан в [6].
Он состоит из бескорпусного заряда из твердотопливного материала в виде сплошной цилиндрической шашки с воспламенителем и центральным круглым каналом. Заряд соединен при помощи каната с кабелем - тросом для спуска в скважину. В шашке есть поперечные сквозные каналы для выхода газообразных продуктов и волн, создаваемых вибрационным горением из центрального канала. Благодаря этим каналам опасность разрывов элементов при повышенных температурах из-за превышения давления в канале над давлением снаружи уменьшается.
На противоположных наружных цилиндрических поверхностях всесторонне горящего ТТЭ имеются продольные пазы для каната оснастки. Наличие таких пазов приводит к появлению двух остаточных фрагментов топлива в конце горения ТТЭ, снижающих давление в скважине и уменьшающих эффективность ее обработки.
Для ликвидации фрагментов пазы необходимо было отодвинуть от оси ТТЭ так, чтобы расстояние между ними и его наружный диаметр (по цилиндрической части) совпадали. Поэтому генератор был улучшен.
За прототип устройства выбран генератор [7], который состоит из бескорпусного заряда в виде сплошной цилиндрической шашки с воспламенителем и центральным каналом, а также устройства для сборки. В канале нет каких-либо элементов оснастки. Отношение длины канала к его диаметру составляет (40-120):1. Как и в генераторе [6] имеются аналогичные поперечные сквозные каналы. Расстояние по длине шашки между ним равно (20-40):1 длины центрального круглого канала и его диаметра. На противоположных цилиндрических поверхностях шашки параллельно оси ее центрального канала имеются выступающие сегменты для каната оснастки. В сегментах имеются продольные пазы для каната оснастки, соединенного с кабелем - тросом. Расстояние между пазами равно наружному диаметру шашки, а отношение длины ее окружности к основанию каждого из выступающих сегментов составляет (6-9):1.
Рассматриваемое устройство, представляющее собой пороховой генератор давления акустический (ПГДА), успешно используется для обработки добывающих и нагнетательных скважин. Длина шашки составляет 1200 мм, диаметр (по цилиндрической части) - 106 мм.
Однако в процессе эксплуатации ПГДА при спусках до зоны перфорации, где проводили его сжигание, выяснилось следующие факты.
1 При повышенной температуре (более +80°С) и давлениях (свыше 250 МПа) в зоне перфорации, в наклонных и загрязненных скважинах, замедляющих движение ПГДА, время нахождения шашки в скважине возрастает. Она начинают терять свою форму. Продольная ось шашки при этом искривляется. Искривленные части шашки начинают тереться об эксплуатационную трубу и шашка может застрять в скважине.
Линия воспламенения также может нарушиться, вследствие чего будут отказы при подаче тока на нагревательные элементы. Установлено, что изменение формы шашек обусловлено большим отношением длины канала к его диаметру и недостаточной толщиной свода топлива.
2 Установлено, что при высоких температурах и давлениях искривление шашки связано с нарушением ее прочностных характеристик. Топливо, из которого она изготовлена, становится более мягким. Давление в канале шашки над давлением снаружи при ее горении может достигать 1-4 мегапаскалей. Шашка может разорваться изнутри в самом начале горения, когда канал узкий, а отношение его длины к диаметру максимально.
Задачей заявляемой полезной модели является такая доработка существующего генератора-прототипа, которая позволит увеличить надежность его работы при повышенных температурах и давлениях путем более длительного сохранения формы шашки при этих условиях, а также за счет уменьшения опасности ее разрыва от избыточного давления и волн давления при вибрационном горении, возникающих в канале шашки.
Поставленная задача решается следующим образом. В устройстве для обработки продуктивного пласта содержится бескорпусной заряд из твердотопливного материала, соединенный с кабелем-тросом, выполненный в виде сплошной цилиндрической шашки с воспламенителем и центральным круглым каналом с выступающими из шашки сегментами из твердотопливного материала. Сегменты расположены на противоположных цилиндрических поверхностях шашки параллельно оси ее центрального канала, с выполненными в них продольными пазами. Расстояние между пазами равно наружному диаметру цилиндрической части шашки, а отношение длины окружности шашки к основанию каждого из выступающих сегментов составляет (6-9):1.
Новым является то, что канал выполнен сквозным, а отношение его длины к диаметру равно (22-38):1.
Генератор, изображенный на фиг.1, имеет заряд 1 из твердотопливного материала, не имеющий корпуса, соединенный с кабелем-тросом 2.
Заряд изготовлен в виде сплошной цилиндрической шашки с воспламенителем 3 и центральным сквозным круглым каналом. Сегменты 4 расположены на противоположных поверхностях шашки параллельно оси ее центрального канала. В них имеются продольные пазы для каната. Расстояние между ними равно наружному диаметру цилиндрической части шашки.
Отношение длины окружности шашки к основанию каждого из выступающих сегментов составляет (6-9):1, а отношение длины канала к его диаметру равно (22-38):1. Последнее отношение меньше по сравнению с прототипом, для которого оно составляет (40-120):1.
Уменьшение отношения длины канала к его диаметру (укорочение шашки) при увеличенном своде снижает вероятности ее искривления при длительном воздействии повышенной температуры до начала обработки скважины, а также опасность разрывов изнутри при ее горении.
При уменьшенном соотношении длины канала к его диаметру (по сравнению с прототипом) также будет иметь место вибрационный режим горения ТТЭ, приводящий к появлению волн давления с последующим виброволновым воздействием на пласт. Поперечные сквозные отверстия в шашке (как у ПГДА) не нужны, т.к. она более короткая.
Минимальная прочность шашки будет наблюдаться при отношении длины канала к его диаметру 38:1.
При отношениях более 38:1 продукты сгорания не успеют выйти из канала шашки, распирая ее изнутри и приводя к разрывам.
При отношениях менее 22:1 прочность шашки максимальная. Однако при дальнейшем уменьшении отношения волны давления в канале, сопровождающее вибрационное горение, не возникнут из-за больших потерь на торцах шашек. Виброволнового воздействия на пласты не будет. Эффективность воздействия генератора на пласты из-за этого снизится.
Генератор работает следующим образом. С помощью оснастки его собирают на устье скважины из нескольких шашек, имеющих зазоры между ними для выхода продуктов горения из каналов и генерации волн давления, возникающих в каналах. Затем генератор опускают в выбранный интервал обработки пласта. После его остановки ТТЭ воспламеняют, осуществляя термогазохимическое и виброволновое воздействие на пласт.
В результате происходит расширение перфорационных каналов, возникают новые магистральные каналы, трещины и другие процессы в горных породах, а также изменения в флюидах, благоприятные для повышения нефтегазоотдачи пластов и увеличения добычи притоков.
Предлагаемое устройство можно успешно использовать в любых добывающих и нагнетательных скважинах. При повышенном температурном воздействии и давлении оно будет более надежным по сравнению с прототипом, опасным для работ в таких условиях.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР №1704513 А1, 5 кл. E21в 43/263. Устройство для воздействия на пласт давлением продуктов сгорания твердого топлива. Сухоруков Г.И., Беляев Б.М. и др. Заявл. 03.05.1988. Зарегистр. 08.09.1991.
2. Патент РФ №2018508. С1, МПК 5 С 5/00. Твердотопливный скважинный газогенератор. Крощенко В.Д., Колясов С.М., и др. Заявл. 02.01.90. Опубл. 30.08.94. Бюл. №16.
3. Патент РФ №20047744. С1, МПК 6 E21B 43/11, 43/26. Устройство для воздействия на пласт. Гайворонский И.Н., Крощенко В.Д., и др. Заявл. 23.03.92. Опубл. 10.11.95. Бюл. №31.
4. Патент РФ №2183740. С1, МПК 6 E21B 43/263. Заряд бескорпусной секционный для газодинамического воздействия на пласт. Падерин М.Г., Газизов Ф.М. и др. Заявл. 22.08.2001. Опубл. 20.06.2002.
5. Патент РФ №2175059. С2, МПК E21B 43/263. Газогенератор на твердом топливе с регулируемым импульсом для стимуляции скважин. Крощенко В.Д., Грибанов Н.И., Гайворонский И.Н. и др. Заявл. 06.10.1999. Опубл. 20.10.2001.
6. Патент РФ №2071556. С1. МПК. 7 E21B 43/45. Устройство для термогазохимической обработки продуктивного пласта. Михневич В.Г., Пелых Н.М., Южанинов П.М. и др. Заявл. 10.05.1994. Опубл. 10.01.1997. Бюл. №1.
7. Патент РФ №2151282 С1. МПК. 7 E21B 43/45. Устройство для термогазохимической обработки пласта. Пелых Н.М., Кузьмицкий Г.Э., Соловьев Н.Н. и др. Заявл. 08.02.1999. Опубл. 20.06. 2000. Бюл. №1 - прототип.