Устройство для вскрытия и обработки прискважинной зоны пласта
Полезная модель относится к нефтегазодобывающей и горной промышленности при освоении и разработке горизонтальных, а также наклонных и вертикальных скважин и скважин с многослойным коллектором и предназначено для вскрытия, перфорации и повышения проницаемости прискважинной зоны пласта путем разрыва и трещинообразования. Полезная модель направлена на создание устройства, спускаемого на колонне насосно-компрессорных труб, для вскрытия и обработки прискважинной зоны пласта в горизонтальных, наклонных, вертикальных скважинах, скважинах с различной кривизной колонны и скважинах с многослойными коллекторами. Технический результат заключается в снижении возможности обрушения прискважинной зоны пласта под воздействием кумулятивных струй за счет использования в устройстве кумулятивных зарядов с низкой пробивной способностью, улучшении фильтрационно-емкостных свойств прискважинной зоны пласта за счет повышения качества обработки прискважинной зоны продуктивного пласта, выравнивания профиля притока в многослойном коллекторе скважины, снижении себестоимости работ, интенсификации добычи нефти и газа и предотвращении аварийной ситуации на скважине. Технический результат достигается тем, что устройство для вскрытия и обработки прискважинной зоны пласта, включает последовательно и герметично соединенные между собой головку с герметично установленным в ней
приемно-пусковым устройством, корпус в виде трубы и наконечник с заглушенным сквозным отверстием, в корпусе размещены кумулятивные секции с кумулятивными зарядами и твердотопливные секции с твердотопливными с центральным каналом зарядами, соединенные между собой и зафиксированные втулкой, а также детонирующий шнур, пропущенный вдоль оси кумулятивных секций через торцы кумулятивных зарядов и вдоль оси твердотопливных секций через трубки в каналах твердотопливных зарядов, с установленным на нем средством инициирования, подключенным к приемно-пусковому устройству, причем последовательность размещения секций в корпусе устройства, количество и тип зарядов соответствуют геолого-техническим и геолого-физическим характеристикам скважины, устройство соединено с колонной насосно-компрессорных труб переходником со сквозными отверстиями, обеспечивающими гидродинамическую связь вышеупомянутой колонны со скважиной. Приемно-пусковое устройство включает источник питания, приемник и пусковой блок, в качестве приемника использован пьезоэлектрический датчик,, принимающий акустический или гидродинамический пусковой сигнал, а пусковой блок включает микропроцессор, преобразователь напряжения, усилитель тока. Головка устройства включает уплотнительные кольца для герметичной установки в ней приемно-пускового устройства и стопорное кольцо для фиксации вышеупомянутого устройства в головке. Головка устройства может быть выполнена с ударным механизмом. Сквозное осевое отверстие наконечника заглушено опорным диском и уплотнительной пробкой.
Полезная модель относится к нефтегазодобывающей и горной промышленности при освоении и разработке горизонтальных, а также наклонных, вертикальных скважин и скважин с многослойным коллектором и предназначена для вскрытия, перфорации и повышения проницаемости прискважинной зоны пласта путем разрыва и трещинообразования.
Известно устройство для вскрытия и газодинамической обработки пласта (патент RU 2194151, МПК 7 Е 21 В 43/117,43/263, бюл. №34, 10.12.2002). Устройство включает корпусной кумулятивный перфоратор с головкой с загерметизированными боковыми отверстиями, кумулятивными зарядами, наконечником и две герметичные воздушные камеры с атмосферным давлением, расположенные на концах перфоратора, в которых размещены пороховые заряды и защитные шашки из не детонирующего смесевого топлива эластичного типа, причем шашки помещены между кумулятивными и пороховыми зарядами.
Устройство позволяет значительно повысить проницаемость продуктивного пласта по сравнению с обычной перфорацией, проводимой без использования порохового заряда.
Однако устройство не может быть применено для повышения проницаемости продуктивного пласта в горизонтальных и сильно наклонных скважинах, так как оно опускается в скважину на геофизическом кабеле и поэтому не может быть доставлено в заданный интервал горизонтального участка скважины, малоэффективно для вскрытия и обработки продуктивного пласта в
горизонтальных скважинах, так как оно воздействует на небольшой по протяженности участок прискважинной зоны пласта.
Известно устройство для перфорации скважин и трещинообразования в пласте (варианты) (патент RU 2170339, МПК 7 Е 21 В 43/117, 43/263, бюл.№19, 10.07.2001). Устройство включает соединенные с кабелем-тросом для спуска в скважину кумулятивный перфоратор с зарядами взрывчатого вещества, образующего при детонации кумулятивные струи, и пороховой генератор давления с твердотопливными элементами, причем, твердотопливные элементы расположены между кумулятивными зарядами взрывчатого вещества или около зарядов взрывчатого вещества, в том числе соприкасаясь с ними, или в нижней части устройства вместо груза или части этого груза, при этом твердотопливные элементы не пересекают оси кумулятивных струй и выполнены из не металлизированного баллиститного или смесевого твердого ракетного топлива в виде цилиндров с центральным круглым каналом, в которых длина и диаметр центрального канала связаны соотношением (20...40):1, а содержание наполнителя-стабилизатора горения к массе твердотопливного элемента составляет не более 1,5%. В других вариантах устройства длина и размер центрального канала связана другими соотношениями, кроме того в них приведено другое содержание наполнителя-стабилизатора горения к массе твердотопливного элемента, в других вариантах приведено и другое размещение составных частей устройства и их выполнение.
Устройство позволяет значительно повысить эффективность вскрытия продуктивного пласта, прострела стенок бурильной колонны, создания сети отверстий в стенках обсадных колонн, создания каналов и образования трещин в прилегающей к скважине зоне, однако не может быть применено для вскрытия продуктивного
пласта в горизонтальных и сильно наклонных скважинах, так как оно опускается в скважину на геофизическом кабеле и поэтому не может быть доставлено в заданный интервал горизонтального участка скважины. Устройство включает сложную схему инициирования и конструкцию, которая затрудняет прохождение устройства в скважине и ограничивает возможность задать высокую плотность перфорации при введенных соотношениях длины и диаметра центрального канала твердотопливных элементов, включает нетехнологичные с множеством различно ориентированных отверстий конструкции твердотопливных элементов, которые могут растрескиваться под воздействием распространяющихся в скважинной жидкости от детонирующих зарядов взрывчатого вещества ударных волн, что приведет к нестабильной, отличной от заданной работе твердотопливных элементов и поэтому к возможности возникновения аварийной ситуации на скважине.
Известен кумулятивный перфоратор ПНКТ1-73, спускаемый на насосно-компрессорных трубах (см. «Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник» под редакцией Л.Я.Фридляндера, Москва, «Недра», 1990 г., стр.62-72.). Кумулятивный перфоратор включает головку диаметром 73мм с ударным механизмом, герметичный корпус с кумулятивными зарядами, средствами детонирования и устройством передачи детонации и наконечник. Данный кумулятивный перфоратор взят за прототип.
Перфоратор ПНКТ1-73 позволяет за один спуск выполнить перфорацию всего заданного (на протяжении до 50 м) участка скважины, обеспечивая при этом плотность перфорационных каналов равной 3 отв./м, или 4,5 отв./м, или 6 отв./м, или 9 отв./м.
Однако сложная конструкция головки перфораторов и многоступенчатое срабатывание ее ударного механизма во взаимодействии с подключенным к скважине для воздействия на
ударный механизм насосно-компрессорным оборудованием не обеспечивают высокой надежности запуска упомянутых перфораторов в скважине, увеличивают стоимостные показатели работ вследствие использования перфораторов, включающих дорогостоящие узлы и элементы. Перфорирование горизонтального не обсаженного участка скважины может привести к обрушению прискважинной зоны пласта.
Сущность полезной модели. Полезная модель направлена на создание устройства, спускаемого на колонне насосно-компрессорных труб, для вскрытия и обработки прискважинной зоны пласта в горизонтальных, наклонных, вертикальных скважинах, скважинах с различной кривизной колонны и скважинах с многослойными коллекторами.
Технический результат заключается в снижении возможности обрушения прискважинной зоны пласта под воздействием кумулятивных струй за счет использования в устройстве кумулятивных зарядов с низкой пробивной способностью, улучшении фильтрационно-емкостных свойств прискважинной зоны пласта за счет повышения качества обработки прискважинной зоны продуктивного пласта, выравнивания профиля притока в многослойном коллекторе скважины, снижении себестоимости работ, интенсификации добычи нефти и газа и предотвращении аварийной ситуации на скважине.
Технический результат достигается тем, что устройство для вскрытия и обработки прискважинной зоны пласта, включает последовательно и герметично соединенные между собой головку с герметично установленным в ней приемно-пусковым устройством, преобразующим принятый кодированный пусковой сигнал в импульс электрического тока и обеспечивающим срабатывание средства инициирования, корпус в виде трубы и наконечник с заглушенным
сквозным отверстием, в корпусе размещены кумулятивные секции с кумулятивными зарядами и твердотопливные секции с твердотопливными с центральным каналом зарядами, соединенные между собой и зафиксированные втулкой, а также детонирующий шнур, пропущенный вдоль оси кумулятивных секций через торцы кумулятивных зарядов и вдоль оси твердотопливных секций через трубки в каналах твердотопливных зарядов, с установленным на нем средством инициирования, подключенным к приемно-пусковому устройству, причем последовательность размещения секций в корпусе устройства, количество и тип зарядов соответствуют геолого-техническим и геолого-физическим характеристикам скважины, устройство соединено с колонной насосно-компрессорных труб переходником со сквозными отверстиями, обеспечивающими гидродинамическую связь вышеупомянутой колонны со скважиной. Приемно-пусковое устройство включает источник питания, приемник и пусковой блок, в качестве приемника использован пьезоэлектрический датчик, принимающий акустический или гидродинамический пусковой сигнал, выход приемника соединен со входом пускового блока, а пусковой блок включает микропроцессор, вход которого соединен с выходом приемника, преобразователь напряжения, вход которого соединен с выходом микропроцессора, а выход его соединен с входом усилителя тока, выход которого соединен через выводы пускового блока со средством инициирования. Головка устройства включает уплотнительные кольца для герметичной установки в ней приемно-пускового устройства и стопорное кольцо для фиксации вышеупомянутого устройства в головке. Головка устройства может быть выполнена с ударным механизмом. Сквозное осевое отверстие наконечника заглушено опорным диском и уплотнительной пробкой.
На фиг.1 показан общий вид устройства для вскрытия и обработки прискважинной зоны пласта, а на фиг.2 показана принципиальная схема приемно-пускового устройства.
Устройство (фиг.1) включает в себя головку 1, корпус 2 в виде трубы, и наконечник 3 с заглушенным сквозным осевым отверстием, которые герметично и последовательно соединены между собой. В головке 1 установлены уплотнительные кольца 4 для герметичного разобщения внутреннего объема устройства и объема скважины, приемно-пусковое устройство 5 и стопорное кольцо 6 для фиксации приемно-пускового устройства в головке 1. В корпусе 2 размещены кумулятивные секции 7 с кумулятивными зарядами 8 и твердотопливные секции 9 с твердотопливным и с центральным каналом зарядами 10, которые соединены между собой, например винтами 11 и зафиксированные в корпусе 2 втулкой 12, причем последовательность размещения секций 7 и 9 в корпусе 2, количество и тип зарядов соответствуют геолого-техническим и геолого-физическим характеристикам скважины. В центральных каналах твердотопливных зарядов 10 каждой секции 9 установлена трубка 13 для предотвращения возможности детонирования твердотопливных зарядов 10 от срабатывания детонирующего шнура 14, который пропущен вдоль оси кумулятивных секций 7 через торцы кумулятивных зарядов 8 и вдоль оси твердотопливных секций 9 твердотопливных зарядов 10 через трубку 13. В верхней части устройства установлена монтажная чашка 15, в которой размещено средство инициирования 16, например, взрыв патрон или электродетонатор, средство инициирования 16 соединено с детонирующим шнуром 14 и подключено к приемно-пусковому устройству 5 электропроводами. В наконечнике 3 сквозное осевое отверстие герметично заглушено опорным диском 17 и уплотнительной пробкой 18. К головке 1 прикреплен переходник 19
со сквозными отверстиями, обеспечивающими гидродинамическую связь колонны насосно-компрессорных труб со скважиной. Приемно-пусковое устройство 5 (фиг.2) включает приемник 20 и пусковой блок 21, источник питания 22, в качестве приемника 20 использован датчик, принимающий акустический или гидродинамический пусковой сигнал, например пьезоэлектрический (см. Д.И.Агейкин и др., Датчики контроля и регулирования, Машиностроение, М., 1965, с.504) или датчика Холла (см. Г.Виглеб, Датчики, Мир, М., 1989, с.128), пусковой блок 21 включает микропроцессор 23, преобразователь напряжения 24, усилитель тока 25, причем выход датчика 20 соединен со входом микропроцессора 23, выход его подключен ко входу преобразователя напряжения 24, выход которого соединен со входом усилителя тока 25, выход усилителя тока 25 через выход пускового блока 21 подключен к средству инициирования 16, преобразователь напряжения 24 выполнен, например на базе микросхемы МАХ641, микропроцессор 23 выполнен, например на базе микросхемы типа Аttiny 15L_, источник питания 22 - например литиевая батарея типа 51-760. Устройство работает следующим образом. На устье скважины собирают устройство для вскрытия и обработки прискважинной зоны пласта с последовательностью размещения кумулятивных 7 и твердотопливных 9 секций, обеспечивающей расположение кумулятивных секций устройства после его спуска в зону обработки в скважину напротив продуктивного пласта или продуктивных пластов. В центральные каналы твердотопливных зарядов 10 устанавливают трубку 13 в каждой твердотопливной секции 9 после чего вдоль оси секций через торцы кумулятивных зарядов 8 и трубки 13 пропускают детонирующий шнур 14. Секции 7 и 9 соединяют винтами 11 и фиксируют в корпусе 2 втулкой 12. Собранное устройство спускают
на колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) в обрабатываемый интервал скважины, наполненной скважинной жидкостью. На приемник 20, выполненный в виде пьезоэлектрического датчика, приемно-пускового устройства 5, работающего от источника питания 22, по команде с дневной поверхности подают кодированный акустический или гидродинамический пусковой сигнал. Приемник 20 передает принятый кодированный сигнал на микропроцессор 23 пускового блока 21. Микропроцессор 23 сравнивает принятый кодированный пусковой сигнал с заданным и в случае совпадения сигналов выдает команду на преобразователь напряжения 24, который преобразует принятый сигнал в импульс электрического тока, поступающий на усилитель тока 25, где происходит усиление сигнала до величин достаточных для срабатывания средства инициирования 16, которое размещают в верхней части устройства в монтажной чашке 15. Средство инициирования 16 получив сигнал от приемно-пускового устройства 5, герметично установленного в головке 1 с помощью уплотнительных колец 4 и зафиксированного стопорным кольцом 6, срабатывает и возбуждает детонацию детонирующего шнура 14, который, в свою очередь, инициирует кумулятивные заряды 8 кумулятивных секций 7, которые расположены напротив продуктивного пласта или продуктивных пластов многослойного коллектора скважины. Кумулятивные струи, образовавшиеся во время работы кумулятивных зарядов 8, пробивают сквозные отверстия в корпусе 2 и каналы нужной глубины в продуктивном пласте, вскрывая корпус устройства и пласт. Одновременно продукты детонации кумулятивных зарядов 8 внутри корпуса 2 устройства образуют давление и температуру достаточные для воспламенения твердотопливных с центральным каналом зарядов 10 твердотопливных секций 9, которые, воспламенившись, образуют газообразные продукты сгорания,
наполняющие внутренний объем корпуса 2 и вытекающие через сквозные отверстия корпуса 2 в скважину, заполняя прискважинную зону пласта и создавая в обрабатываемом интервале пласта заданную скорость нарастания давления и давление, превышающее давление разрыва пласта для образования широкой сетки трещин в продуктивном пласте или продуктивных пластах многослойного коллектора, чем достигают увеличение притока флюида в скважину, а также выравнивание профиля притока многослойного коллектора скважины. После окончания работы устройства возможно освоение скважины без извлечения устройства на дневную поверхность через колонну НКТ и отверстия в переходнике 19. Для предотвращения аварийной ситуации, связанной с демонтажем, раздутьем или разрывом устройства, когда во время работы устройства по каким-либо причинам образующееся внутри корпуса 2 давление превышает давление начала механического разрушения устройства, из наконечника 3 под действием высокого давления выталкиваются опорный диск 17 и уплотнительная пробка 18, вскрывается сквозное осевое отверстие в наконечнике 3, через которое в скважину вытекают газообразные продукты сгорания, снижается давление внутри корпуса 2 устройства и уменьшается перепад давлений между внутренним объемом устройства и обрабатываемой зоной скважины.
1. Устройство для вскрытия и обработки прискважинной зоны пласта, включающее последовательно и герметично соединенные между собой головку с герметично установленным в ней приемно-пусковым устройством, преобразующим принятый кодированный пусковой сигнал в импульс электрического тока и обеспечивающим срабатывание средства инициирования, корпус в виде трубы и наконечник с заглушенным сквозным отверстием, в корпусе размещены кумулятивные секции с кумулятивными зарядами и твердотопливные секции с твердотопливными с центральным каналом зарядами, соединенные между собой и зафиксированные втулкой, а также детонирующий шнур, пропущенный вдоль оси кумулятивных секций через торцы кумулятивных зарядов и вдоль оси твердотопливных секций через трубки в каналах твердотопливных зарядов, с установленным на нем средством инициирования, подключенным к приемно-пусковому устройству, причем последовательность размещения секций в корпусе устройства, количество и тип зарядов соответствуют геолого-техническим и геолого-физическим характеристикам скважины, устройство соединено с колонной насосно-компрессорных труб переходником со сквозными отверстиями, обеспечивающими гидродинамическую связь вышеупомянутой колонны со скважиной.
2. Устройство по п.1, в котором приемно-пусковое устройство включает источник питания, приемник и пусковой блок, в качестве приемника использован пьезоэлектрический датчик, принимающий акустический или гидродинамический кодированный пусковой сигнал, выход приемника соединен со входом пускового блока, а пусковой блок включает микропроцессор, вход которого соединен с выходом приемника, преобразователь напряжения, вход которого соединен с выходом микропроцессора, а выход его соединен с входом усилителя тока, выход которого соединен через выводы пускового блока со средством инициирования.
3. Устройство по п.1, в котором головка включает уплотнительные кольца для герметичной установки в ней приемно-пускового устройства и стопорное кольцо для фиксации вышеупомянутого устройства в головке.
4. Устройство по п.1, в котором головка имеет ударный механизм.
5. Устройство по п.1, в котором сквозное осевое отверстие наконечника заглушено опорным диском и уплотнительной пробкой.
