Устройство для перфорации скважин и трещинообразования в пласте

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована для вторичного вскрытия пласта с целью интенсификации добычи нефти. Полезная модель направлена на повышение эффективности действия и многократности использования устройства в скважинах. Указанный технический результат достигается тем, что устройство, состоящее из перфораторного модуля с кумулятивными зарядами и двух газогенераторных модулей с пороховыми зарядами, содержит в качестве корпуса в обоих газогенераторных модулях перфораторный корпус с герметично закрытыми выхлопными отверстиями, а пороховые заряды в газогенераторных модулях выполнены в виде блока, содержащего несколько пороховых шашек, помещенных в контейнер, состоящий из двух перфорированных дисков, соединенных между собой с помощью стержня, расположенного в осевом канале пороховых шашек. При этом зарядный блок жестко укреплен в торцевой части каждого газогенераторного модуля на расстоянии не менее 150 мм от ближайшего кумулятивного заряда, расположенного в перфораторном модуле. Технико-экономический эффект полезной модели заключается в повышении эффективности работы устройства в скважине, обеспечивающей повышение добычи нефти. 3 з.п.ф., 1 илл.

Предлагаемое устройство относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для вторичного вскрытия пласта с целью интенсификации добычи нефти.

Известны комплексные устройства, содержащие перфораторный модуль с кумулятивными зарядами и газогенераторный модуль с пороховыми зарядами, позволяющие проводить одновременно перфорацию и стимуляцию скважины в зоне расположения продуктивного пласта [1-7].

В комплексных устройствах бескорпусного типа [1-3] негерметичные пороховые заряды расположены в промежутках между кумулятивными зарядами.

Недостатком этих устройств является то, что для эффективной работы они требуют разработки специального, сложного по составу, порохового заряда не детонирующего типа и способного устойчиво гореть под действием продуктов взрыва и осколков мощных кумулятивных зарядов. Под действием ударных волн, возникающих при детонации кумулятивных зарядов и детонирующего шнура,

пороховые заряды разрушаются на непредсказуемое количество осколков, что не позволяет объективно рассчитывать процессы горения пороха и газодинамического воздействия на пласт.

В устройствах [4-5], содержащих корпусный перфораторный модуль и бескорпусный газогенераторный модуль, пороховые заряды защищены от воздействия осколков, образующихся при взрыве кумулятивных зарядов. Однако эти негерметичные заряды имеют низкий коэффициент полезного использования энергии твердого топлива, поскольку большая часть продуктов его сгорания, включая твердые остатки (хлористый калий) поглощается скважинной жидкостью.

Общим и наиболее существенным недостатком указанных устройств [1-5] является то, что они создают высокие взрыво-импульсные нагрузки на эксплуатационную колонну и цементный камень, ослабляя крепь скважины. Это обстоятельство накладывает известные ограничения на использование комплексных устройств бескорпусного типа, особенно в скважинах старого фонда.

Кроме того, к пороховым зарядам в этих устройствах, помимо отсутствия детонационной способности, предъявляются очень жесткие требования по физико-механическим свойствам: они не должны выщелачиваться, растрескиваться и деформироваться под действием высоких температур и давлений скважинной жидкости. Например, в российском устройстве [5] в настоящее время применяются пороховые заряды, не удовлетворяющие этим требованиям, в результате чего при работах с ним в относительно глубоких скважинах случаются серьезные аварии с деформацией или смещением эксплуатационной колонны.

Известны комплексные устройства корпусного типа, в которых кумулятивные и пороховые заряды расположены в герметичных камерах многократного использования [6-7], что позволяет снизить взрыво-импульсные нагрузки на эксплуатационную колонну и крепь скважины.

Недостатком устройства [6] является малая энергоемкость и слишком большая масса конструкции, спускаемой в скважину, что ограничивает возможности его широкого использования. Две пустотелые камеры, содержащиеся в устройстве, хотя и создают дополнительный полезный эффект в работе перфораторного модуля, однако не содержат в себе энергоносителя и, следовательно, не несут дополнительную энергетическую функцию.

Наиболее близким прототипом предлагаемой полезной модели является устройство для вскрытия и газодинамической обработки пласта, содержащее корпусный перфораторный модуль с кумулятивными зарядами и два газогенераторных модуля с пороховыми зарядами [7]. Недостатком этого устройства является то, что пороховые заряды разрушаются металлическими осколками, образующимися при взрыве кумулятивных зарядов, вследствие чего непредсказуемо увеличивается поверхность горения и внутри устройства развивается слишком высокое давление пороховых газов, вызывающее деформацию корпусов или разрыв резьбовых соединений в газогенераторных модулях. Для сохранения целостности корпуса в газогенераторных модулях приходится уменьшать массу порохового заряда, что снижает эффективность действия устройства. При этом вследствие ограничения суммарной массы пороховых зарядов, газогенераторные модули не позволяют производить разрыв пласта с образованием вертикальной трещины большого протяжения, как это происходит при обработках пласта пороховыми генераторами давления ПГД бескорпусного типа [8].

Сущность полезной модели. Предложение направлено на создание устройства с усовершенствованным газогенераторным модулем, позволяющего безаварийно и более эффективно осуществлять одновременно перфорацию скважин с помощью кумулятивных зарядов и разрыва пласта с образованием трещин с помощью пороховых зарядов.

Технический результат заключается в повышении эффективности действия и многократности использования устройства в скважинах.

Технический результат достигается тем, что устройство, состоящее из перфораторного модуля с кумулятивными зарядами и двух газогенераторных модулей с пороховыми зарядами, содержит в качестве корпуса в обоих газогенераторных модулях перфораторный корпус с герметично закрытыми выхлопными отверстиями, а пороховые заряды в газогенераторных модулях выполнены в виде блока, содержащего несколько пороховых шашек, помещенных в контейнер, состоящий из двух перфорированных дисков, соединенных между собой с помощью стержня, расположенного в осевом канале пороховых шашек. При этом зарядный блок жестко укреплен в торцевой части каждого газогенераторного модуля на расстоянии не менее 150 мм от ближайшего кумулятивного заряда, расположенного в перфораторном модуле.

Сущностью полезной модели является создание устройства с одинаковыми герметичными корпусами как в перфораторном, так и в газогенераторном модулях с большим количеством выхлопных отверстий и с пороховыми зарядами, жестко закрепленными на безопасном расстоянии, что позволяет повысить массу пороховых зарядов до величины, достаточной для трещинообразования в пласте.

Сравнение предлагаемого решения с известными техническими решениями показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, которые позволяют успешно реализовать поставленную цель.

Сущность предлагаемого решения будет понятна из следующего описания и приложенного к нему графического материала.

Общий вид устройства показан на чертеже (фиг.1). Устройство содержит: герметичный перфораторный модуль, включающий корпус 4 с боковыми отверстиями 7, кумулятивные заряды 8, детонирующий шнур 9 и взрывной патрон 10; два герметичных газогенераторных модуля, каждый из которых включает корпус 3 с выхлопными отверстиями 7, идентичный корпусу 4, и пороховой заряд 6; головку с электровводом 2 и наконечник 5. Каждое выхлопное отверстие во всех модулях герметично закрыто металлическим диском и уплотнительной пробкой. Пороховой зарядный блок содержит одну или несколько шашек 6, наружный перфорированный диск 13 и внутренний

перфорированный диск 14, жестко соединенные между собой с помощью стержня 12, проходящего через канал в шашках. Верхний зарядный блок прочно прикреплен с помощью наружного диска к головке 2, а нижний зарядный блок таким же образом прикреплен к наконечнику 5.

Устройство в скважине работает следующим образом. Для спуска в скважину устройство подсоединяют к геофизическому кабелю 15 через кабельную головку 1. С помощью каротажного подъемника устройство опускают на геофизическом кабеле в зону обработки скважины. Затем от взрывной машинки по кабелю 15 и проводу 11 подают импульс электротока на взрывной патрон 10, от которого срабатывает детонирующий шнур (ДШ) 9, передающий взрывной импульс на кумулятивные заряды (КЗ) 8. Образующаяся при срабатывании каждого КЗ плазменная кумулятивная струя, проходя через выхлопные отверстия 7, отбрасывает диск с уплотнительной пробкой, пробивает обсадную колонну скважины и образует перфорационный канал в породе прискважинной зоны пласта.

Образуемый при этом поток газообразных продуктов взрыва ДШ и КЗ вместе с осколками металлических оболочек от этих КЗ движется в газогенераторные модули. Осколки задерживаются перфорированным диском, а газообразные продукты проходят через канал пороховых зарядов и поджигают их. При горении зарядов образуется большое количество высокотемпературных пороховых газов, которые истекают через отверстия 7 вслед за кумулятивной струей и попадают в перфорационные каналы. При этом пороховые газы разрушают корочку запекания на стенках каждого канала в породе и создают разветвленную сетку трещин вокруг него.

Чем большее количество пороховых газов вытекает из выхлопных отверстий, тем выше протяженность сетки трещин в пласте и. следовательно, выше проницаемость обрабатываемого его.

Источники информации

1. Патент США №5355802, МПК Е21В 43/26 Способ и устройство для перфорации на депресиии и создания трещины в пласте.

2. Патент РФ №2170339, МПК Е21В 43/117, 43/263 Устройство для перфорации скважин и трещинообразования в пласте (варианты).

3. Патент РФ №9235217, МПК Е21В 43/117, 43/263 Устройство для совместной перфорации и трещинообразования в пласте.

4. Патент США №5775426, МПК Е21В 43/26 Способ и устройство для перфорации и стимулирования пласта.

5. Патент РФ №2242590, МПК Е21В 43/117, 43/263 Устройство для перфорации скважины и образования трещин в прискважинной зоне пласта.

6. Патент РФ №2162514, МПК Е21В 43/117, 43/18, 43/26 Способ перфорации и обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления.

7. Патент РФ №2194151, МПК Е21В 43/117 43/263 Устройство для вскрытия и газодинамической обработки пласта

8. "Каротажник", 2003, вып.106, издательство АИС, Тверь, А.М.Дуванов, Н.С.Санасарян, А.В.Балдин, Н.И.Новоселов, Влияние взрыво-импульсных нагрузок на формирование трещин в прискважинной зоне пласта.

1. Устройство для перфорации скважин и трещинообразования в пласте, содержащее корпусный перфораторный модуль с кумулятивными зарядами и два газогенераторных модуля с пороховыми зарядами, отличающееся тем, что в качестве корпуса в обоих газогенераторных модулях используется перфораторный корпус с герметично закрытыми выхлопными отверстиями.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пороховые заряды в газогенераторных модулях выполнены в виде блока, содержащего несколько пороховых шашек, помещенных в контейнер, состоящий из двух перфорированных дисков, соединенных между собой с помощью стержня, расположенного в осевом канале пороховых шашек.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что зарядный блок жестко укреплен в торцевой части каждого газогенераторного модуля на расстоянии не менее 150 мм от ближайшего кумулятивного заряда, расположенного в перфораторном модуле.