Заряд для гидроразрыва пласта
Заряд для воздействия на пласт (гидроразрыва) содержит воспламенитель 1 с нихромовой спиралью 31, составную несущую штангу, составленную из трех частей - штанги 5 нижней, штанги 6 промежуточной, штанги 7 верхней. Вдоль составной несущей штанги 5-7 размещена бескорпусная группа секций 3 заряда, из твердого баллиститного ракетного топлива Секции 3 выполнены с фигурным осевым каналом 35, в котором установлена с зазором упомянутая штанга 5-7. На концах штанг 5,7 установлены стягивающие группу секций 3 заряда верхний и нижний центрирующие конусы 8 и 2, соответственно. Конусы 2,8 поджимают и обеспечивают стягивание секций 3 вплотную друг к другу. Между секциями 3 заряда, на торце одной из секций 3 в кольцевой проточке 32 размещен воспламенитель 1, соединенный с проводом 18 питания и размещенный вокруг канала 35. Воспламенитель 1 состоит из нихромовой спирали 31, находящейся на торце секции 3 заряда, и намотанной на резиновый шнур 28, двух упругих резиновых фиксаторов 29, двух отрезков 30 провода МГШВ. Резиновые фиксаторы 29 выполнены каждый в форме усеченного конуса со ступенчатым каналом. Концы нихромовой спирали 31 спаяны с отрезками 30 проводов МГШВ так, чтобы диаметр спайки 33 был больше меньшего диаметра ступенчатого канала фиксатора 29. Отрезок 30 провода МГШВ пропущен через фиксатор 29 со стороны большего диаметра канала фиксатора 29 таким образом, чтобы спайка 33 с отрезком 30 провода упиралась в уступ меньшего диаметра этого канала фиксатора 29. Фиксаторы 29 вставлены в лучи фигурного осевого канала 35 с отрезками 30 провода МГШВ, обращенными в сторону соединения 34 с проводом 18 питания. Такая установка воспламенителя 1 демпфирует и, тем самым, предохраняет спираль 31 и ее спайку 33 от нарушения их целостности при механических нагрузках на провод 18 питания при сборке, подъеме.
При этом достигается увеличение надежности за счет повышения вероятности безотказной работы воспламенителя и заряда в целом, исключения возможности нарушения целостности изоляции, недопустимого изменения электрических характеристик и динамики горения топлива заряда, или обрыва цепи воспламенения при перемещении заряда.
Полезная модель относится к средствам возбуждения нефтяных скважин путем формирования трещин или разрывов с применением взрывчатых веществ. Одним из рациональных и эффективных методов воздействия на призабойную зону продуктивного пласта с целью установления надежной гидродинамической связи скважины с пластом является депрессионное воздействие на пласт твердотопливного заряда и создание, тем самым, в призабойной зоне продуктивного пласта трещин, которые обеспечивают надежную гидродинамическую связь скважины с удаленной зоной пласта, обладающей естественными фильтрационными свойствами. Под воздействием давления жидкости и газа, равного или превышающего горное, горные породы необратимо деформируются. Разрыв пласта пороховыми газами основан на механическом, тепловом и химическом воздействии газов на горные породы и насыщающие их флюиды.
Из патентной литературы известны различные заряды для воздействия на пласт, применяемые для интенсификации добычи нефти из разрабатываемых месторождений: SU 
1195915, RU 34632, 51397, 65568, 70929, 78522, 106305, 2069743, 2106485, 2120028, 2176403, 2178072, 2183739, 2183741, 2183740, 2275501, 2278252, 2278253, 2287055, 2310068, 2318991, 2345215, 2412346, US 6082450, 6336506, 6732799, 7621332, 7353866, 7748457, CN 2630492, 2630493, 101004133, 101358519, 101737027, 101737028, 201568038.
Известно устройство для перфорации буровых скважин, которое содержит заряды в герметичных оболочках с хвостовиками, корпус, образованный рядом последовательно установленных секций, плоские грани которых смещены под углом относительно его продольной оси, в каждой из плоских граней выполнено отверстие под хвостовик заряда, установленного перпендикулярно соответствующей плоской грани, средства детонации, управляемые электрически и соединенные с зарядами для их поджига (SU 1195915).
Известное устройство обеспечивает угловую ориентацию кумулятивных зарядов в только поперечном сечении скважины, т.е. два заряда на плоской грани корпуса располагаются только в радиально противоположных направлениях, а соседняя пара зарядов расположена только перпендикулярно предыдущей. При этом нарушается общая плотность перфорации, т.е. заряды вдоль корпуса расположены с разным шагом (на разном расстоянии). Расстояние между двумя зарядами, расположенными на общей плоской грани, корпуса минимально, а заряд, расположенный на последующей плоской грани корпуса, находится с большим шагом из-за конструктивного изгиба корпуса. К недостаткам устройства также можно отнести сложность конструкции, недостаточную жесткость крепления зарядов и воспламенителя.
Известен заряд бескорпусный секционный для газодинамического воздействия на пласт, включающий узел воспламенения, пороховые секции заряда, изготовленные из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной среде, причем одна или несколько пороховых секций, от которых возгораются основные пороховые секции, и оснастки, включающей детали для сбора пороховых секций заряда, пропущенных через центральный канал каждой пороховой секции, и деталей, обеспечивающих стягивание пороховых секций вплотную друг к другу, составную штангу, изготовленную из материала, позволяющего сохранять целостность при спуско-подъеме заряда и при его горении, с полым каналом, проходящим внутри штанги вдоль ее центральной оси, компенсатор линейного расширения пороховых секций заряда и составных частей штанги, присоединенных к обоим концам составной несущей части штанги посредством муфт, обтекаемой формы для стягивания и поджатая секций заряда вплотную друг к другу, верхний конец верхней соединительной штанги присоединен к каротажному кабелю, а нижний конец нижней соединительной штанги - к электронному блоку измерения характеристик режима работы заряда и реакции призабойной зоны на газодинамическое воздействие, полые каналы штанги и муфт образуют внутреннюю полость заряда, внутри которой пропущен проводник с термостойкой изоляцией, соединяющий электронный блок с каротажным кабелем и провод питания узла воспламенения. (RU 2183740).
При этом возможно торможение восходящих потоков и концентрация тепла раскаленных газов, что ведет к локальному перегреву в зонах торможения. При срабатывании секций заряда происходит подбрасывание прибора вверх. После этого начинается падение прибора вниз с ускорением и набор им скорости с последующим резким торможением за счет натяжения кабеля, потенциальная энергия поднятого газами прибора направлена на обрывание кабеля. При этом значительна вероятность обрыва перегретого кабеля даже при незначительных ударных нагрузках.
Известен также заряд бескорпусный секционный для газогидравлического воздействия на пласт, включающий узел воспламенения, секции заряда, изготовленные из составов, обеспечивающих горение в водной, водо-нефтяной и кислотной средах, с одной или несколькими воспламенительными секциями для возгорания основных секций и оснастку, секции заряда имеют центральный канал, конфигурация которого имеет форму с развитой поверхностью горения для обеспечения заданного времени горения и давления для гидроразрыва пласта, составную штангу, пропущенную через центральный канал каждой секции заряда, к обоим концам штанги присоединены конусы-центраторы обтекаемой формы для стягивания и поджатая секций заряда вплотную друг к другу с диаметром, превышающим диаметр секций заряда, между секциями заряда установлены центрирующие кольца, превышающие по диаметру диаметр секций заряда, между нижним конусом-центратором и секциями заряда расположен рассеиватель для отвода газового потока, образующегося при горении заряда, центральный канал секций заряда и внутренняя полость рассеивателя представляют собой контейнер для доставки в интервал обработки вещества в твердом, или в жидком, или в гелеобразном виде, а для обеспечения герметичности контейнера места сочленения всех элементов контейнера выполнены герметичными, отверстия рассеивателя герметизированы от внешней среды кожухом или пробками, обеспечивающими разгерметизацию рассеивателя при горении заряда, кроме того, между рассеивателем и секциями заряда установлены герметичные прокладки, при этом прокладки и центрирующие кольца выполнены таким образом, чтобы компенсировать линейное расширение заряда от температуры в интервале обработки (RU 2278253).
Недостатками указанных известных устройств являются следующие. Так как на нижнем конусе заряда установлен рассеиватель, при возникновении динамических нагрузок и в процессе сгорания секций заряда возможен отрыв рассеивателя от нижнего конуса и прорыв продуктов сгорания в скважину минуя штатные отверстия рассеивателя. Это снижает механическое воздействие на пласт, создает разрушающее воздействие на окружающие поверхности насосно-компрессорной трубы (НКТ) или на стенки скважины, низкая надежность, обусловленная тем, что контактные концы воспламенителя не защищены от механических нагрузок в местах скрутки с проводом питания, что может приводить к нарушению целостности и изменению электрических характеристик, которые невозможно визуально проконтролировать, или к обрыву цепи при спуске в скважину и аварийному подъему.
Известен наиболее близкий к заявляемому заряд бескорпусный секционный для воздействия на пласт, содержащий размещенную вдоль составной несущей штанги бескорпусную группу секций заряда из твердого топлива, пригодного для горения в жидкой среде, выполненных с осевым каналом, в котором установлена с зазором упомянутая штанга, на концах которой установлены стягивающие группу секций заряда верхний и нижний конусы, а между секциями заряда - воспламенитель, соединенный с проводом питания и размещенный с возможностью воспламенения топлива зарядов по поверхности осевого канала, и центрирующие кольца, выполненные с наружным диаметром, превышающим наружный диаметр этих секций, при этом конусы выполнены с отверстиями для прохода продуктов сгорания, причем нижний конус выполнен полым с отверстиями в виде боковых окон. Он снабжен составной удлинительной штангой, соединенной с верхним конусом и снабженной кабельным наконечником для соединения провода питания воспламенителя с геофизическим кабелем, а также измерительным блоком, а нижний конус выполнен со сквозным центральным каналом для несущей штанги, на нижнем конце которой установлен автономный измерительный блок, который выполнен с датчиками давления, температуры, виброакустических параметров. При этом верхний конус выполнен с отверстиями в виде продольных пазов и оперт на секцию заряда через дополнительно установленную пружину, а центрирующие кольца выполнены коническими (RU 106305, прототип).
Недостатком данного устройства является низкая надежность, обусловленная тем, что контактные концы воспламенителя не защищены от механических нагрузок в местах скрутки с проводом питания, что может приводить к нарушению целостности и изменению электрических характеристик, которые невозможно визуально проконтролировать, или к обрыву цепи при спуске в скважину и аварийному подъему. В связи с этим, в известных конструкциях имеются существенные предпосылки отказа срабатывания заряда и/или повышенной аварийности, связанной с неопределенным изменением динамики горения, или выходом из строя и обрывом цепи, перегревом и выходом из строя измерительного блока. Вероятность безотказной работы снижается в связи с тем, что контакты нагревательного элемента воспламенителя (одножильный провод например диаметром 0,2 мм) соединяются скруткой с проводом питания на устье скважины перед подъемом сборки для спуска в скважину. Нихромовые провода в течении не продолжительного времени покрываются непроводящей окисной пленкой, что приводит к нарушению целостности электровоспламенительной цепи и, как следствие, к пересборке или аварийному подъему. Контактные концы проводов воспламенителя жестко не закреплены в местах скрутки с проводом питания, что с большой частностью приводит к обрыву цепи при спуске в скважину и аварийному подъему.
Стыковочный узел соединен с кабельным накнечником без контактной втулки и без электроввода, что не допустимо при проведении геофизических работ в скважинах так, как это приводит к нарушению целостности геофизического кабеля, изменению его электрических характеристик.
Технической задачей полезной модели является создание эффективного заряда для воздействия на пласт и расширение арсенала зарядов для воздействия на пласт.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в увеличении надежности за счет повышения вероятности безотказной работы воспламенителя и заряда в целом, исключения возможности нарушения целостности изоляции, недопустимого изменения электрических характеристик и динамики горения топлива заряда, или обрыва цепи воспламенения при перемещении заряда.
Сущность полезной модели состоит в том, что заряд для воздействия на пласт содержит размещенную вдоль составной несущей штанги бескорпусную группу секций заряда из твердого топлива, пригодного для горения в жидкой среде, выполненных с осевым каналом, в котором размещена с зазором упомянутая несущая штанга, на концах которой установлены стягивающие группу секций заряда верхний и нижний конусы, а между секциями заряда расположен воспламенитель, выполненный в виде подключенной к проводу питания нихромовой спирали, размещенной на торце секции заряда и закрепленной с помощью упругих фиксаторов вокруг его фигурного осевого канала с возможностью воспламенения топлива заряда по поверхности осевого канала, а также центрирующие кольца, выполненные с наружным диаметром, превышающим наружный диаметр этих секций, при этом конусы выполнены с отверстиями для прохода продуктов сгорания, причем нижний конус выполнен полым с отверстиями в виде боковых окон.
Предпочтительно, нихромовая спираль воспламенителя намотана на резиновый шнур и подключена к проводу питания с помощью отрезков промежуточных изолированных медных проводов, а осевой канал воспламенителя выполнен фигурным с несколькими полыми лучами, при этом резиновые фиксаторы установлены в лучах осевого канала и выполнены каждый в виде усеченного конуса с центральным ступенчатым каналом, в котором размещена спайка спирали с промежуточным проводом.
При этом заряд снабжен составной удлинительной штангой, соединенной с верхним конусом и снабженной кабельным наконечником для соединения провода питания воспламенителя с геофизическим кабелем, снабжен измерительным блоком, а нижний конус выполнен со сквозным центральным каналом для несущей штанги, на нижнем конце которой установлен автономный измерительный блок, который выполнен с датчиками давления, температуры, виброакустических параметров.
Кроме того, верхний конус выполнен с отверстиями в виде продольных пазов, верхний конус оперт на секцию заряда через дополнительно установленную пружину, центрирующие кольца выполнены коническими, верхний конус установлен на несущей штанге с зазором и выполнен полым с отверстиями в виде боковых окон и продольных пазов, центрирующие кольца выполнены цилиндрическими с коническими фасками по торцам.
На чертеже фиг.1 изображена конструктивная схема заряда ЗГРП 01-1 для воздействия на пласт в варианте исполнения с пружиной, на фиг.2 - конструктивная схема заряда ЗГРП 01-1.1 для воздействия на пласт (гидроразрыва) в варианте исполнения без пружины, на фиг.3 - конструктивная схема деталей заряда ЗГРП 01-1.1 после срабатывания, на фиг.4 - общая схема установки заряда в скважине, на фиг.5 - схема соединений воспламенителя, на фиг.6 - конструктивная схема воспламенителя.
Заявляемый бескорпусный секционный заряд (ЗГРП) для воздействия на пласт путем его гидроразрыва имеет две предпочтительные модификации:
- ЗГРП 01-1 - первая модификация, предназначенная для обработки скважин с демонтированной насосно-компрессорной трубой (НКТ);
- ЗГРП 01-1.1 - вторая модификация, предназначенная для обработки скважин без демонтажа НКТ.
Заряд для воздействия на пласт (гидроразрыва) содержит воспламенитель 1 с нихромовой спиралью 31, составную несущую штангу, составленную из трех частей - штанги 5 нижней, штанги 6 промежуточной, штанги 7 верхней. Вдоль составной несущей штанги 5-7 размещена бескорпусная группа секций 3 заряда (безоболочные пороховые шашки 3), из твердого баллиститного ракетного топлива (пороха) третьей энергетической группы по ОСТ В 84-439-82, которое обеспечивает горение в водной, водонефтяной, кислотной средах, пригодного для горения в жидкой среде. Секции 3 выполнены с фигурным осевым каналом 35, в котором установлена с зазором упомянутая штанга 5-7. Наличие составной штанги 5-7 позволяет собирать заряд из разного количества секций 3, изменяя количество промежуточных штанг 6, и упростить транспортирование оборудования на скважину в разобранном виде.
На концах штанг 5, 7 установлены стягивающие группу секций 3 заряда верхний и нижний центрирующие конусы 8 и 2, соответственно. Конусы 2, 8 поджимают и обеспечивают стягивание секций 3 вплотную друг к другу. Конусы 2, 8 имеют обтекаемую форму для снижения механической нагрузки на штангу 5-7, диаметр конусов 2, 8 превышает диаметр секций 3 заряда, что позволяет предохранять их от трения и ударов о стенки скважины или НКТ. Между секциями 3 заряда, на торце одной из секций 3 (воспламенительной секции 3) в кольцевой проточке 32 размещен воспламенитель 1 (узел воспламенения с нагревательной нихромовой спиралью 31), соединенный с проводом 18 питания и размещенный вокруг канала 35 с возможностью воспламенения топлива секций 3 по поверхности осевого канала 35 последних, который выполнен фигурным - развитой (увеличенной) внутренней поверхностью горения в форме нескольких радиальных полых лучей (не обозначены).
Воспламенитель 1 (фиг.5) состоит из нихромовой спирали 31, находящейся на торце воспламенительной секции 3 заряда, и намотанной на резиновый шнур 28, двух упругих резиновых фиксаторов 29, двух отрезков 30 провода МГШВ. Спираль 31 может изготавливаться, например, из нихрома Х20Н80 или Х15Н60. Длина отрезков 30 провода и количество витков спирали 31 выбираются из условия обеспечения требуемого разогрев и воспламенения топлива секций 3 заряда за заданное время при заданном гарантийном токе. Резиновые фиксаторы 29 выполнены каждый в форме усеченного конуса со ступенчатым центральным каналом (не обозначен), имеющим больший диаметр со стороны основания большего диаметра усеченного конуса и меньший диаметр со стороны основания меньшего диаметра усеченного конуса фиксатора 29 таким образом, что больший диаметр фиксатора 29 несколько превышает диаметр луча (радиального выступа) фигурного осевого канала 35 воспламенительной секции 3. Величины диаметров оснований и высоты конуса фиксатора 29 рассчитаны так, чтобы обеспечить его плотную (устойчивую) установку с некоторым натягом в полом луче фигурного канала 35, за счет упругости материала фиксатора 29.
Концы нихромовой спирали 31 спаяны с отрезками 30 проводов МГШВ так, чтобы диаметр спайки 33 был больше меньшего диаметра ступенчатого центрального канала фиксатора 29, имеющего уступ в месте сопряжения большего и меньшего диаметров этого центрального канала. Каждый отрезок 30 провода МГШВ пропущен (проложен через ступенчатый центральный канал) через каждый фиксатор 29 со стороны большего диаметра канала фиксатора 29 таким образом, чтобы спайка 33 с отрезком 30 провода МГШВ упиралась в уступ меньшего диаметра этого центрального канала каждого фиксатора 29. Фиксаторы 29 вставлены в лучи фигурного осевого канала 35 с отрезками 30 провода МГШВ, обращенными в сторону соединения 34 с проводом 18 питания. Такая установка воспламенителя 1 демпфирует и, тем самым, предохраняет спираль 31 и ее соединение (спайку) 33 от нарушения их целостности при механических нагрузках на провод 18 питания при сборке, подъеме, спуске за счет упругости материала фиксаторов 29. Провод монтажный МГШВ (отрезки 30) представляет собой покрытую полиэтиленовой изоляцией жилу из медной луженой проволоки, которая хорошо спаивается с нихромовой спиралью 31.
Между секциями заряда 3 установлены центрирующие кольца (центраторы) 4, по диаметру превышающие диаметр секций 3 заряда, не позволяющие смещаться секциям 3 зарядам относительно друг друга, и в случае изгиба штанги 5-7 в наклонной скважине касаться стенок обсадной колонны. Центраторы 4 также служат для того, чтобы стабилизировать динамику горения заряда. Конусы 2, 8 выполнены с периферийными отверстиями 24, 25, 26 для прохода продуктов сгорания, причем нижний конус 2 выполнен полым (по меньшей мере, частично) со стороны секций 3, с отверстиями в виде радиальных боковых окон 24. Сумма проходных сечений отверстий 24-25, 26 рассчитана из условия минимальной нагрузки на штангу 5-7 и максимального воздействия на пласт.
Заряд снабжен удлинительной штангой (11, 12), соединенной с верхним конусом 8 и кабельным наконечником 21 для соединения провода 18 питания воспламенителя 1 с геофизическим кабелем 22 скважины. Удлинительная штанга служит для уменьшения турбулентности газового потока, поднимающегося вверх, и снижения тепловой нагрузки на геофизический кабель 22, который через стыковочный узел 9 с соединительным электровводом 27 и кабельный наконечник 21 связан с устройством управления (наземным пультом), блоком 23. Электроввод 27 служит для защиты контакта между проводом 18 питания и кабельным наконечником 21 геофизического кабеля 22 и герметизирует контакты кабельного наконечника 21 от внутренней полости стыковочного узла 9. Провод 18 питания зафиксирован на удлинительной штанге изолентой 19.
Удлинительная штанга, как правило, выполнена составной и состоит из штанг 11, 12 соединительных и штанги 13 стыковочной. Такая сборка штанг 11-13 обеспечивает целостность конструкции при механических и температурных нагрузках в процессе горения заряда и при его спуске в скважину.
Заряд снабжен автономным измерительным блоком 23, а нижний конус 2 выполнен со сквозным центральным каналом для несущей штанги 5 нижней (части несущей штанги 5-7), на нижнем конце которой установлен измерительный блок 23. Конус 2 зафиксирован гайкой 20. Измерительный блок 23 выполнен с датчиками давления, температуры и виброакустических параметров (не изображены). Геофизический кабель 22 предназначен для спуска и подъема в скважине приборов и аппаратов, в том числе, и заряда для гидроразрыва пласта, их питания электроэнергией. Наземный пульт (не изображен) включает систему для защиты заряда от несанкционированного инициирования на земной поверхности.
Заряд ЗГРП 01-1 (предназначен, как правило, для обработки скважин с поднятым подземным оборудованием - без НКТ) по фиг.1 имеет верхний конус 8, выполненный с отверстиями в виде наружных продольных пазов 25, количество и размеры которых могут иметь различное значение в зависимости от геолого технических условий, при этом верхний конус 8 оперт на верхнюю секцию 3 заряда через дополнительно установленную пружину 14 и зафиксирован гайками 16, 17. Пружина 14 предназначена для упругого поджатия через проставку 10 секций 3 заряда и компенсации линейного расширения секций 3 заряда при высоких температурах в скважине. Нижний конус 2 снабжен изолирующей прокладкой 15. Центрирующие кольца 4 этого заряда выполнены, например, с двух сторон коническими.
Заряд ЗГРП 01-1.1 (предназначен, как правило, для обработки скважин без демонтажа НКТ) по фиг.2, 3 имеет верхний конус 2 установленный на несущей штанге 7 верхней (части несущей штанги 5-7), с зазором (на свободной посадке) и выполнен полым (по меньшей мере, частично) со стороны секций 3, с отверстиями в виде радиальных боковых окон 26 и внутренних продольных пазов 25. Центрирующие кольца этого заряда выполнены, например, цилиндрическими, с коническими фасками по торцам.
Заряд для воздействия на пласт (для гидроразрыва пласта) применяется следующим образом.
Заряд опускают в интервал перфорации скважины. Фиксаторы 29 и резиновый шнур 28 при этом надежно защищают ответственные соединения (спайки 33 спирали 31 с отрезками 30 провода) и не допускают изменения положения спирали 31 относительно провода 18 питания и лучей осевого канала 35 воспламенительной секции 3. Исходное замкнутое состояние цепей спирали 31 проверяется с помощью автономного измерительного блока 23 обтеканием слабыми токами. По команде оператора с наземного пульта производят запуск воспламенительной секции 3 подачей электрического тока по геофизическому кабелю 22 и проводу 18 питания на спираль 31 узла 1 воспламенения, находящегося на торце воспламенительной секции 3 заряда. При температуре разогрева спирали 31, превышающей температуру воспламенения топлива, возгорается секция 3 с установленным узлом 1 воспламенения и от нее остальные секции 3 заряда. Фиксаторы 29 при этом не допускают мгновенного размыкания электрической цепи или обрыва спайки 33 спирали 31 и отрезков 30 провода, обеспечивая тем самым нормированное течение процесса воспламенения и стабильную динамику горения. По результатам стендовых испытаний, при гидростатическом давлении 10 МПа, время воспламенения всей поверхности секций 3 заряда не превышает 0,1 с. Горение происходит по всей поверхности секций 3 заряда - наружной, торцевой и внутренней (внутренней поверхности осевого канала 35). Конфигурация фигурного осевого канала 35 секций 3 имеет многолучевую форму с развитой поверхностью горения, выполненной таким образом, чтобы обеспечивалось заданное время горения и давление, необходимое для гидроразрыва пласта. Горение порохового заряда в скважине, заполненной жидкостью, сопровождается резким повышением давления и температуры.
Продукты сгорания вместе со скважинной жидкостью под действием давления, равного горному или превышающего его, с высокой скоростью задавливаются через перфорационные каналы или естественные трещины в пласт и воздействуют на пласт, выполняя роль клина, раздвигающего горную породу. Образующиеся при горении секций 3 продукты сгорания - газы (СО, CO2, N2, Cl2) снижают вязкость и поверхностное натяжение нефти на контактах с горной породой за счет растворения в ней CO, CO2, N2 и частично растворяют карбонатные породы, цемент и окислы железа образующейся соляной кислотой. Механическое воздействие пороховых газов на пласт (трещинообразование) обеспечивается за счет создаваемого в скважине давления, темпа его роста и времени действия избыточного давления. Тепловое воздействие проявляется в расплавлении твердых парафиновых и асфальто-смолистных отложений горячими пороховыми газами, движущимися с высокой скоростью по перфорационным каналам и трещинам.
При горении заряда образуется большое количество горячих газов, которые через окна 24-26 попадают в скважину (обсадную колонну). Под воздействием давления продуктов сгорания - пороховых газов жидкость смещается по стволу скважины.
Горячие пороховые газы поднимают столб скважинной жидкости вверх, но так как в обсадной колонне, заполненной до устья, столб скважинной жидкости имеет большую массу, то за счет инерции, то он играет роль пакера. [Пакер (англ. packer - уплотнитель), приспособление в буровой скважине для перекрытия и герметизации отдельных зон скважин (нефтяных, газовых, водяных, геологоразведочных)]. Поэтому горение происходит аналогично горению в замкнутом объеме, что приводит к резкому повышению давления в скважине в интервале обработки. При повышении давления в 1,5-1,8 раза выше горного (в зависимости от характеристик пласта), происходит интенсивный разрыв пласта с образованием трещин в призабойной зоне пласта и переток скважинной жидкости и горячих газов в образовавшиеся трещины. Горячие пороховые газы поднимают столб скважинной жидкости вверх до тех пор, пока их давление не выровняется с гидростатическим давлением. Давление в заколонном пространстве на уровне подъема жидкости, переданное через перфорационные отверстия, практически совпадает с давлением в колонне и, следовательно, исключает разрыв колонны. После чего столб жидкости падает вниз, что сопровождается гидроударом и затухающими колебаниями столба жидкости, увеличивая полученный эффект.
Контроль за работой заряда при основной работе и оценку его воздействия на пласт осуществляют при помощи непрерывно регистрируемых графиков давления и температуры, виброакустических параметров во времени, с помощью автономного измерительного блока 23 с автономными датчиками типа КСА.
После окончания работ металлические части с измерительным блоком поднимаются из скважины и могут использоваться повторно.
При работе заряда, выполненного согласно фиг.2, верхний конус 8, установленный по свободной посадке, после сгорания секций 3 заряда опускается на нижний конус 2, образуя элемент овальной формы, что исключает зацепление о край НКТ при подъеме оснастки после сгорания секций заряда (фиг.3). Обсадная колонна с НКТ и пакером (фиг.4) используется в нагнетательных скважинах. Максимальный диаметр ЗГРП 01-1.1 выполняется обеспечивающим безаварийное прохождение заряда в сборе через НКТ.
Таким образом, предлагаемая полезная модель обеспечивает максимальную вероятность безотказной работы заряда в целом, т.е. позволяет надежно осуществить гидравлическое воздействие с разрывом пласта. Оснастка заряда обеспечивает прочность заряда при механических и температурных нагрузках. При этом конструкция узла воспламенения (воспламенителя 1) с фиксацией, защитой и креплением спирали 31 и ее соединений (спаек 33) упругими фиксаторами 29 и шнуром 28 обеспечивает надежность и сохранение работоспособности, и готовность к применению, особенно в периоды транспортировки и перемещения заряда в скважине, и в период ожидания (дежурства до задействования заряда). Использование удлинительной штанги снижает воздействие турбулентного потока и снижает вероятность перехлеста кабеля. Применение секций заряда не покрытых защитным слоем позволяет заряду возгораться со всех сторон - с торцевой, наружной и внутренней, что сокращает время его сгорания. Конфигурация фигурного осевого канала 35 заряда имеет форму с развитой поверхностью горения, что обеспечивает заданное время горения и давление, необходимое для гидроразрыва пласта. Нихром спирали 31 является жаростойким сплавом, имеет малый температурный коэффициент электросопротивления, высокое электрическое сопротивление и высокое сопротивление коррозии под воздействием воздуха или иных газообразных сред при высокой температуре. Также нихром спирали 31 обладает удовлетворительной технологичностью (пластичностью в холодном состоянии, спаиваемостью и свариваемостью; достаточной жаропрочностью - способностью выдерживать механические нагрузки без существенных деформаций, не разрушаясь при высоких температурах. Спайка нихрома спирали 31 с медью отрезков 30 провода МГША подвержена коррозии незначительно. Эти факторы обеспечивают эффективность использования нихромовой спирали 31 для целей воспламенения.
Таким образом, создан эффективный заряд для воздействия на пласт и расширен арсенал зарядов для воздействия на пласт.
При этом достигается увеличение надежности за счет повышения вероятности безотказной работы воспламенителя и заряда в целом, исключения возможности нарушения целостности изоляции, недопустимого изменения электрических характеристик и динамики горения топлива заряда, или обрыва цепи воспламенения при перемещении заряда.
1. Заряд для воздействия на пласт, содержащий размещенную вдоль составной несущей штанги бескорпусную группу секций заряда из твердого топлива, пригодного для горения в жидкой среде, выполненных с осевым каналом, в котором размещена с зазором упомянутая несущая штанга, на концах которой установлены стягивающие группу секций заряда верхний и нижний конусы, а между секциями заряда расположен воспламенитель, выполненный в виде подключенной к проводу питания нихромовой спирали, размещенной на торце секции заряда и закрепленной с помощью упругих фиксаторов вокруг его фигурного осевого канала с возможностью воспламенения топлива заряда по поверхности осевого канала, а также центрирующие кольца, выполненные с наружным диаметром, превышающим наружный диаметр этих секций, при этом конусы выполнены с отверстиями для прохода продуктов сгорания, причем нижний конус выполнен полым с отверстиями в виде боковых окон.
2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что нихромовая спираль воспламенителя намотана на резиновый шнур и подключена к проводу питания с помощью отрезков промежуточных изолированных медных проводов, а осевой канал воспламенителя выполнен фигурным с несколькими полыми лучами, при этом резиновые фиксаторы установлены в лучах осевого канала и выполнены каждый в виде усеченного конуса с центральным ступенчатым каналом, в котором размещена спайка спирали с промежуточным проводом.
3. Заряд по п.2, отличающийся тем, что он снабжен составной удлинительной штангой, соединенной с верхним конусом и снабженной кабельным наконечником для соединения провода питания воспламенителя с геофизическим кабелем.
4. Заряд по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что он снабжен измерительным блоком, а нижний конус выполнен со сквозным центральным каналом для несущей штанги, на нижнем конце которой установлен автономный измерительный блок.
5. Заряд по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что измерительный блок выполнен с датчиками давления, температуры, виброакустических параметров.
6. Заряд по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что верхний конус выполнен с отверстиями в виде продольных пазов.
8. Заряд по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что верхний конус оперт на секцию заряда через дополнительно установленную пружину.
9. Заряд по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что центрирующие кольца выполнены коническими.
7. Заряд по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что верхний конус установлен на несущей штанге с зазором и выполнен полым с отверстиями в виде боковых окон и продольных пазов.
10. Заряд по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что центрирующие кольца выполнены цилиндрическими с коническими фасками по торцам.
