Устройство для импульсного воздействия на прискважинную зону пласта

По заявке под названием " Устройство для импульсного воздействия на прискважинную зону пласта ", Е21В 43/1185, авторы: Афанасьев Валерий Андреевич, Акентьев Дмитрий Евгеньевич, Павлов Владимир Иванович, Нечаев Михаил Александрович, Окулов Николай Васильевич, Сиротин Владимир Тарасович, Заявитель: ООО "СтС ВМсервис". 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 в корпусе привода имплозийной камеры со стороны ПВА выполнена перегородка с отверстием в центре и канавкой под уплотнительное кольцо на торце вокруг отверстия, и радиально расположенными карманами над канавкой, и корпус привода снабжен диском, который опирается на торцевую поверхность перегородки, герметизируя центральное отверстие от попадания в него скважинной жидкости, и выполнен он с карманами со стороны торца перегородки, причем заглушки в стенках камеры опираются на ступенчатый поршень, который перекрывает отверстие в перегородке. Кроме того, диск и поршень для удержания их в неподвижном положении при спуске в скважину зафиксированы относительно корпуса привода подпружиненными или срезными стопорами. Техническо-экономическим эффектом полезной модели является обеспечение высокого качества и безопасности выполняемых работ.

Технико-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 импульсного воздействия на прискважинную зону пласта, в котором привод имплозийной камеры осуществляется механически от воздействия пониженного давления. При этом предлагаемое устройство позволяет включать аппарат сразу после воздействия первой наиболее мощной волны нагрузки при падении давления ниже гидростатического, значительно усилив это падение, 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 изобретения - повышение живучести устройства, безопасности в обращении и повышение надежности в работе, а также повышении эффективности воздействия на пласт.

Устройство состоит из имплозийной камеры 2 с прострелочно-взрывным аппаратом (ПВА) 1. В качестве ПВА может быть использован пороховой генератор давления, кумулятивный перфоратор или оба эти аппарата вместе. В стенках корпуса 3 привода устройства выполнены окна, закрытые заглушками 13 и резиновыми пробками 12. Заглушки 13 с пробками 12 опираются на выступ поршня 11. Поршень 11 перекрывает отверстие 10 в перегородке корпуса 3. С другой стороны, в перегородке корпуса выполнена горообразная канавка 8 под уплотнительное кольцо, а вокруг канавки в перегородке выполнены пустотелые карманы 9. Со стороны ПВА на торец перегородки опирается диск 7, сохраняя контакт с ней за счет упора 5 и пружины 6. Поршень может перемещаться к имплозийной камере 2 до упора в ограничитель 14, который выполнен с отверстиями 15. Для удержания поршня в неподвижном положении при спуске в скважину заглушки 13 имеют в центре выступы, входящие в канавку на выступающей части поршня и срезаемые при работе аппарата.

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. В это время скважинная жидкость заполняет карманы 7 и 9 и обеспечивает прижатие диска 4 к перегородке корпуса 3. (При использовании порохового генератора, размещенного в негерметичном корпусе, скважинная жидкость поступает в карманы постепенно при спуске устройства в скважину). В следующий момент, давление в скважине в зоне срабатывания ПВА начинает снижаться на 150-300 атмосфер ниже гидростатического. При этом за счет перепада давления скважинной жидкости в карманах и со стороны ПВА 1 диск 7 отжимается от перегородки корпуса 3, а скважинная жидкость проникая через отверстие 10 сдвигает поршень 11 в сторону ограничителя 14. Срезаются выступы в заглушках 13 и под действием гидростатического давления в зоне нахождения ПВА заглушки 13 с пробками 12 западают в освободившееся пространство за выступом поршня 11. Скважинная жидкость резко врывается через открывшиеся отверстия 15 в ограничителе 14 в воздушную полость имплозийной камеры 2. Падение давления ниже гидростатического от срабатывания ПВА дополняется действием имплозийной камеры, повышая величину депрессии до 400 - 500 атмосфер, 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 импульсного воздействия на прискважинную зону пласта, выполненное в виде имплозийной камеры с приводом для разгерметизации, герметично закрытых заглушками, радиально расположенных окон в стенках камеры и связанное взаимодействием с прострелочно-взрывным аппаратом (ПВА), отличающееся тем, что, с целью повышения живучести аппарата, безопасности в обращении с ним и надежности в работе в корпусе привода имплозийной камеры со стороны ПВА выполнена перегородка с отверстием в центре и канавкой под уплотнительное кольцо на торце вокруг отверстия и радиально расположенными карманами над канавкой, и корпус привода снабжен диском, который опирается на торцевую поверхность перегородки, герметизируя центральное отверстие от попадания в него скважинной жидкости, и выполнен он с карманами со стороны торца перегородки, причем заглушки в стенках камеры опираются на ступенчатый поршень, который перекрывает отверстие в перегородке.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диск и поршень для удержания их в неподвижном положении при спуске в скважину зафиксированы относительно корпуса привода подпружиненными или срезными стопорами.