Устройство для импульсной обработки прискважинной зоны пласта
Полезная модель относится к области нефтегазодобычи, в частности к прострелочно-взрывным работам. Техническим результатом полезной модели является создание устройства для импульсной обработки прискважинной зоны пласта высокой живучести, безопасности и надежности, обеспечивающего более эффективное воздействие на пласт. Технический результат полезной модели достигается тем, что устройство выполнено в виде имплозийной камеры с приводом для разгерметизации герметично закрытых перегородками, радиально расположенных, окон в стенках камеры и связанное взаимодействием с прострелочно-взрывным аппаратом. С целью повышения живучести аппарата, безопасности в обращении с ним и надежности в работе привод выполнен в виде поршня с уступом, с одной стороны, фиксирующим перегородки в стенках камеры, а с другой стороны с хвостовиком в форме стакана с отверстиями и шариками в его стенке, причем шарики опираются на диск, который размещен с фиксацией в торце корпуса устройства и выполнен в форме стакана, наружная поверхность дна которого обращена к прострелочно-взрывному аппарату, а между торцевой поверхностью этого стакана и внутренней поверхностью дна стакана имеется зазор. Техническо-экономическим эффектом полезной модели является обеспечение высокого качества и безопасности выполняемых работ.
Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к области импульсных технологий интенсификации нефтедобычи и конструкциям устройств для их реализации.
Использование имплозийных устройств позволяет создавать знакопеременные импульсные нагрузки на пласт. При этом первый и самый мощный депрессионный импульс - импульс снижения давления ниже гидростатического. Происходит процесс отсасывания кольматирующих пласт частиц, поры пласта очищаются, что ведет к увеличению производительности скважин. В качестве аналога можно взять устройство для воздействия на пласт [1]. Недостаток устройства заключается в использовании взрывчатых веществ для разрушения опоры, удерживающей перегородки, закрывающей радиально расположенные в стенках корпуса имплозийной камеры окна. Использование взрыва всегда повышает требования к безопасности, снижает живучесть корпуса и требует увеличения количества расходных деталей.
Другим известным методом интенсификации добычи нефти является обработка прискважинной продуктивной зоны пласта с использованием генераторов давления [2]. При этом первый и самый мощный импульс, превышает гидростатическое давление на 150-300 атмосфер. Последующая затухающая знакопеременная пульсация раскачивает пласт, повышая его нефтеотдачу. Конструкции генераторов хорошо известны. Они применяются с 60-х годов прошлого столетия и подробно описаны в справочниках.
В последнее время увеличилось использование комплексных аппаратов, позволяющих одновременно перфорировать скважину и от взрывной волны приводить в действие один или два генератора давления [3], которые, срабатывая вместе с перфоратором, воздействуют на нефтеносные пласты, увеличивая трещиноватость вокруг перфорационных отверстий. Усиленное генератором знакопеременное воздействие на пласт после срабатывания перфоратора значительно расширяет зону обработки пласта. Спад давления в скважине происходит в форме затухающей пульсации репрессионно-депрессионых воздействий в течение времени, значительно превышающего время горения топливных систем. Такая технология (под общим названием "газодинамическое вскрытие пласта" (ГДВП) позволяет практически одновременно, в процессе одной спуско-подъемной операции в скважине, производить вторичное вскрытие пласта кумулятивной перфорацией, осуществлять газодинамическую очистку перфорационных каналов и газодинамический разрыв пласта с образованием сетки трещин в призабойной зоне пласта. Основное преимущество технологии ГДВП возможность в широких пределах изменять динамику нагружения горных пород с целью повышения их проницаемости. Но, к сожалению, оба эти аппарата первым и самым мощным импульсом кроме образования отверстий и раскрытия трещин, одновременно частично засоряют и отверстия и трещины, загоняя в них осколки раздробленной взрывом породы.
Решение этой проблемы предложено техническим решением в патенте [4]. Одновременно с генератором давления с некоторой задержкой срабатывает имплозийная камера, действие которой позволяет создать отрицательный импульс большой величины. Падение давления на 100-300 атмосфер ниже гидростатического после применения технологии ГДВП позволяет более эффективно очистить пласт (перфорационные каналы и трещины) от кольматирующих веществ, снижающих нефтеотдачу пласта. Настоящее устройство лучше всего подходит в качестве прототипа.
Недостаток упомянутого устройства заключается в использовании, как и в первом аналоге, взрывчатых веществ для вскрытия имплозийной камеры и обеспечения совместной работы этих аппаратов. Снижена живучесть имплозийной камеры.
Из-за необходимости выполнения сложной цепочки подрыва снижена безопасность обращения с устройством и его надежность в работе. Для вскрытия имплозийной камеры используется цепочка из капсюля детонатора, огнепроводного шнура, электродетонатора и бризантного заряда. Использование сложной цепочки передачи детонации и горения между элементами конструкции значительно снижает надежность работы аппарата. Особенно это относится к огнепроводному шнуру, который в прострелочно-взрывной аппаратуре для работы в глубоких скважинах практически не применяется.
Для устранения упомянутых недостатков предлагается устройство для импульсной обработки прискважинной зоны пласта, в котором привод имплозийной камеры осуществляется механически от воздействия повышенного или пониженного давления. При этом предлагаемое устройство позволяет включать аппарат сразу после воздействия первой наиболее мощной волны нагрузки или волны разгрузки либо с некоторой задержкой после первых пульсаций от воздействия генератора давления или при работе с перфоратором от его воздействия. Использование предлагаемого устройства с аппаратурой [4] позволяет осуществить тройное воздействие на пласт: перфорацию, ударное воздействие генератором для раскрытия трещин и очищающее воздействие имплозийной камерой. В результате образуется сложная волновая кортина воздействия на пласт, качественно отличающаяся от последовательного применения этих аппаратов по отдельности, что значительно повышает эффект от использования устройства. В частности, соударение волн в полтора - два раза повышает их энергетику.
Цель полезной модели - повышение живучести устройства, безопасности в обращении и повышение надежности в работе, а также повышении эффективности воздействия на пласт.
Устройство состоит из имплозийной камеры 1 с прострелочно-взрывным аппаратом (ПВА) 2. В качестве ПВА может быть использован пороховой генератор давления, кумулятивный перфоратор или оба эти аппарата вместе. В стенках корпуса устройства 1 с упором 5 выполнены окна, закрытые перегородками 4. Перегородки 4 опираются на выступ 7, поршня 6. Хвостовик поршня 6 выполнен в форме стакана 8 с отверстиями 9 и размещенными в них шариками 10, которые, с одной стороны, опираются на выступы диска 11, а с другой - частично расположены в проточке корпуса 1. Это обеспечивает неподвижность поршня со стаканом в корпусе 1 во время спуска устройства в скважину. Диск 11 выполнен в форме стакана, наружная поверхность дна которого обращена к ПВА. Когда требуется приводить устройство в действие на волне разгрузочного давления, между торцевой поверхностью стакана поршня 6 и диском 11 предусмотрен зазор 13, в который можно устанавливать ограничитель 14. Внутреннее пространство между наружной поверхностью поршня 6, упором 5 в корпусе 1 и дном стакана 6 предназначено для заполнения демпфирующей жидкостью. В дне стакана выполнено дроссельное отверстие. Эти элементы введены в конструкцию устройства для обеспечения задержки момента запуска в работу имплозийной камеры относительно момента срабатывания ПВА. Жидкость может быть заменена на растворимое в воде твердое вещество 15 (например, сахар), что позволяет увеличить время до момента разгерметизации имплозийной камеры. Для вскрытия герметичной оболочки, в которой находится упомянутое вещество, дно стакана снабжено острым выступом 16.
Спуск устройства в скважину может осуществляться как на каротажном кабеле, так и на насосно-компрессорных или бурильных трубах, в зависимости от используемой системы приведения в действие ПВА.
Устройство работает следующим образом. После спуска в скважину и установки в заданном интервале приводят в действие прострелочно-взрывной аппарат. При срабатывании последнего образуется пик давления, превышающий величину гидростатического давления в скважине на 150-300 атмосфер, что достаточно для срезания фиксаторов 12 при воздействии перепада давления на диск 11. Диск сдвигается к поршню 6 на расстояние, соответствующее величине зазора 13. При этом упор диска 11, сдвигаясь к поршню, освобождает от фиксации шарики 10. Они выталкиваются в нишу диска, тем самым освобождая поршень, который под действием гидростатического давления резко сдвигается до упора 5 в корпусе 1. Под действием гидростатического давления перегородки 4 задавливаются в полость имплозийной камеры над поршнем. Скважинная жидкость через отверстия в упоре 7 заполняет герметичную полость имплозийной камеры, создавая резкую волну депрессии на пласт и усиливая волну разряжения, образующуюся после пикового положительного давления при взрыве ПВА. После срабатывания ПВА на пласт действует пульсирующая волна (знакопеременная - выше и ниже гидростатического давления), отличающаяся максимальным давлением в пике волны и главное временем ее действия. Чем больше время, тем более высокая энергия воздействует на пласт. Для достижения этого используется демпфирующая жидкость или твердое легко растворимое в воде вещество 15. Использование этих элементов позволяет, получив от ПВА максимум воздействия на пласт в течении 30-100 секунд, когда волна еще имеет достаточную амплитуду для этого воздействия, усилить ее, включив пульсацию от иплозийной камеры. При использовании демпфирующей жидкости время задержки срабатывания иплозийной камеры зависит от объема, размера дроссельного отверстия "А" и давления скважинной жидкости. Функцию дроссельных отверстий могут выполнять зазоры между деталями, если не устанавливать герметизирующие кольца. Для приведения устройства в действие на волне разгрузочного давления после срабатывания прострелочно-взрывного аппарата между торцевой поверхностью стакана поршня и диском достаточно установить ограничитель 14. При первом положительном импульсе диск упирается в ограничитель 14, который предохраняет штифты 12 от среза. При резком падении давления ниже гидростатического скважинная жидкость, которая при спуске аппарата в скважину заполнила постепенно через дроссельное отверстие в центре диска полость внутри него, расширяясь, сдвигает дно к ПВА, срезая при этом штифты 12. Происходит разгерметизация имплозийной камеры, накладывая дополнительный импульс депрессии на импульс от ПВА, усиливая суммарное воздействие на пласт.
Ссылки по тексту:
1. Устройство для воздействия на пласт. Изобретение 
1061548 от 12.08.1981 г.
2. Пороховые генераторы давления ПГД.БК и АДС. Справочник по прострелочно-взрывной аппаратуре / Под ред. Л.Я. Фридляндера. М., Недра, 1983, 197 с.
3. ПЕРФОГЕН - новое устройство для одновременного вскрытия и газодинамической обработки пласта. А.М. Дуванов, Л.С. Воробьев, А.В. Балдин, Н.И. Новоселов. Ж. "Нефтяное хозяйство", 11, 2003.
4. Устройство для импульсной знакопеременной обработки прискважинной зоны пласта. Патент 2451173 от 22.06.2010.
1. Устройство для импульсной обработки прискважинной зоны пласта, выполненное в виде имплозийной камеры с приводом для разгерметизации герметично закрытых перегородками радиально расположенных окон в стенках камеры и связанное взаимодействием с прострелочно-взрывным аппаратом, отличающееся тем, что, с целью повышения живучести аппарата, безопасности в обращении с ним и надежности в работе, привод выполнен в виде поршня с уступом, с одной стороны, фиксирующим перегородки в стенках камеры, а с другой - стороны с хвостовиком в форме стакана с отверстиями и шариками в его стенке, причем шарики опираются на диск, который размещен с фиксацией в торце корпуса устройства и выполнен в форме стакана, наружная поверхность дна которого обращена к прострелочно-взрывному аппарату, а между торцевой поверхностью этого стакана и внутренней поверхностью дна стакана имеется зазор.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности воздействия на пласт, внутреннее пространство между наружной поверхностью поршня, упором корпуса и дном стакана поршня заполнено демпфирующей жидкостью, а в дне стакана выполнено дроссельное отверстие.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что во внутреннем пространстве между дном стакана и упором корпуса над поршнем размещен в герметичном мешке растворимый в воде твердый порошок (например - сахар), а дно стакана снабжено выступом для вскрытия мешка при движении поршня со стаканом.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности воздействия на пласт, для приведения его в действие на волне разгрузочного давления после срабатывания прострелочно-взрывного аппарата между торцевой поверхностью стакана поршня и диском установлен ограничитель.
