Устройство для обработки продуктивного пласта

Изобретение относится к нефтегазодобывающей и угольной промышленности. Его использование позволит интенсифицировать притоки нефти и газа из скважин, увеличить их добычу, а также повысить выход взрывоопасного метана из угольных пластов.

Сущность изобретения. Предлагается устройство для обработки продуктивного пласта, содержащее 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, расположенными на противоположных цилиндрических поверхностях шашки параллельно оси ее центрального канала. Через сегменты проходят продольные пазы для каната оснастки. Расстояние между пазами равно наружному диаметру цилиндрической части шашки, а отношение длины окружности шашки к основанию каждого из выступающих сегментов составляет (6-9):1. Заряд имеет сквозной канал с отношением его длины к диаметру (22-38):1.

Устройство надежно работает в скважине при длительных температурных воздействиях, когда прочность заряда из-за нагрева уменьшается.

1 ил.

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 [15] 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.

Устройство для обработки продуктивного пласта, содержащее 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, расположенными на противоположных цилиндрических поверхностях шашки параллельно оси ее центрального канала, с выполненными в них продольными пазами, причем расстояние между пазами равно наружному диаметру цилиндрической части шашки, а отношение длины окружности шашки к основанию каждого из выступающих сегментов составляет (6-9):1, отличающееся тем, что канал выполнен сквозным и отношение его длины к диаметру равно (22-38):1.