Способ перфорации пластов в скважине и пуля для его реализации

 

Изобретение относится к средствам вскрытия продуктивных пластов при интенсификации добычи полезных ископаемых скважинным способом. По способу перфорации пластов в скважине спускают пулевой перфоратор в скважину, размещают его в зоне перфорации, жестко фиксируют относительно оси стрельбы, производят серию выстрелов вдоль оси перфорационного канала со смещением каждой предыдущей пули с оси канала в сторону, перпендикулярную к ней, за счет каждой последующей пули. Пуля включает корпус в виде тела вращения, головка и хвостовик выполнены идентичными, расположены соосно и последовательно. Технический результат заключается в увеличении длины перфорационного канала. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к средствам вскрытия продуктивных пластов при интенсификации добычи полезных ископаемых скважинным способом.

Известно, что дебит вертикальной скважины может быть увеличен с помощью глубокой, интенсивной перфорации. Особое место при этом принадлежит прострелочно-взрывным работам, при которых с помощью выстрела или взрыва осуществляется перфорация продуктивных пластов. Для этого используются стреляющие перфораторы ("Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам" под ред. Н.Г. Григоряна, М., Недра, 1990).

Эффективность вскрытия пласта характеризуется коэффициентом гидродинамического совершенства скважины К_С, представляющим собой отношение дебита скважины, у которой продуктивный пласт вскрыт перфорацией через обсадную колонну, к дебиту скважины, эксплуатируемой при открытом забое и незагрязненном пласте. При прочих равных условиях К_С растет с увеличением длины перфорационного канала.

Известен способ перфорации пласта в скважине, заключающийся в спуске заряженного пулевого перфоратора в скважину, размещение его в зоне перфорации и простреле с помощью пули с образованием отверстия в обсадной колонне и перфорационного канала в породе (Золин М.Л., Чичварин А.П. Мощные пулевые перфораторы, М., Недра, 1975).

Известен также способ перфорации пластов в скважине, включающий спуск пулевого перфоратора, состоящего из нескольких пулевых секций, в скважину, размещение его в зоне перфорации и проведение серии выстрелов. При этом формируется несколько перфорационных завалов, создающих на небольшом расстоянии вокруг скважины систему горизонтальных и вертикальных трещин (а.с. СССР N 2016192, E 21 B 43/114, 1994 г.).

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ перфорации пластов в скважине, включающий спуск пулевого перфоратора в скважину, размещение его в зоне перфорации, жесткую фиксацию относительно оси стрельбы и серию выстрелов вдоль оси перфорационного канала (а.с. N 70620, кл. E 21 B 43/116, 1949).

Известна пуля для пулевого перфоратора (прототип), включающая корпус, выполненный в виде тела вращения с соосно и последовательно расположенными овальной головкой, цилиндрическим стержнем и хвостовиком (а. с. СССР N 1789673, E 21 B 43/11, 1993).

Недостаток известного способа, а также известной пули для пулевого перфоратора заключается в малой длине перфорационного канала, что в некоторых случаях не позволяет достичь высокой эффективности вскрытия пласта.

Задачей, на решение которой направлена группа заявляемых изобретений, является создание способа перфорации пластов и пули для его реализации, обеспечивающих высокую эффективность вскрытия пластов.

Ожидаемый технический результат заключается в увеличении длины перфорационного канала.

Для этого в способе перфорации пластов в скважине, включающем спуск пулевого перфоратора в скважину, размещение его в зоне перфорации, жесткую фиксацию относительно оси стрельбы и серию выстрелов вдоль оси перфорационного канала, серию выстрелов производят со смещением каждой предыдущей пули с оси канала в сторону, перпендикулярную ей за счет контактирования с каждой последующей пулей.

Кроме того, в пуле для пулевого перфоратора, включающей корпус, выполненный в виде тела вращения с соосно и последовательно расположенными головкой и хвостовиком, головка и хвостовик выполнены идентичными.

Кроме того, корпус пули выполнен в виде тела вращения, которое образовано вращением сегмента круга радиуса r и высоты h вокруг его основания, совпадающего с осью симметрии тела вращения, причем h=d/r, a d/r < r R где h - высота кругового сегмента, d - калибр ствола пулевого перфоратора, r - радиус кругового сегмента, R - радиус кривизны криволинейного паза пулевого перфоратора.

Проведение серии выстрелов в один и тот же перфорационный канал позволяет значительно увеличить его протяженность. Для этого пулевой перфоратор заряжается необходимым числом пуль до спуска в скважину, а затем после размещения его в зоне перфорации и закрепления относительно стенок скважины, подав сигнал срабатывания, производят серию выстрелов в автоматическом режиме. Это вместе с надежной фиксацией перфоратора к стенкам скважины обеспечивает выполнение условия неизменности положения оси стрельбы относительно оси симметрии входного отверстия образуемого перфорационного канала в течение всего времени перфорации.

Выполнение пули в виде тела вращения с соосно и последовательно расположенными идентичными головкой и хвостовиком позволяет образовать перфорационный канал максимальной протяженности. Действительно, при выполнении серии выстрелов в один и тот же канал последующая пуля движется по каналу, образованному предыдущей пулей, затем контактирует с ней, сдвигая ее с траектории движения, и продолжает движение в породе, увеличивая общую длину перфорационного канала.

Выполнение корпуса пули в виде тела вращения, образованного вращением сегмента круга радиуса r и высоты h вокруг его основания, причем h = d/r и d/r < r R, позволяет уменьшить потери энергии на деформацию пули при движении ее по криволинейному лотку перфоратора, что также увеличивает длину канала. Кроме того, такая веретенообразная форма пули уменьшает потери энергии при контактировании последующей пули с предыдущей.

При r >R корпус пули при движении по криволинейному лотку будет деформироваться, что приведет к потере энергии, а следовательно, к уменьшению длины перфорационного канала.

При r < d/r пуля не будет иметь веретенообразную форму.

На фиг. 1 представлена схема образования перфорационного канала.

На фиг. 2 представлена пуля для пулевого перфоратора.

Способ перфорации осуществляется с помощью перфоратора (не показан) следующим образом.

Перед началом работ в скважине выбирают место размещения отверстия в стенке обсадной колонны 1 с учетом требуемого направления формирования перфорационного канала 2. Затем спускают перфоратор в скважину на выбранную глубину, устанавливают напротив места размещения отверстия в ее стенке и крепят его в обсадной колонне 1, например, расклиниванием при помощи пиропатронов, удерживая в фиксированном положении при выполнении всей серии выстрелов.

Первая пуля 3, выпущенная из перфоратора, пробивает в стенке обсадной колонны 1 отверстие и образует в породе перфорационный канал 2. Вторая пуля 4 направляется в то же отверстие и сначала движется по каналу 2, образованному первой пулей 3, затем контактирует с ней, смещая ее в сторону, перпендикулярную оси канала 2, и продолжает движение в породе, увеличивая общую длину перфорационного канала. Каждая последующая пуля 5, 6 направляется в то же отверстие в обсадной колонне, повторяя цикл движения предыдущей пули.

На фиг. 2 показана пуля для реализации способа. Корпус пули 7 выполнен в виде тела вращения, образованного вращением сегмента 8 круга радиуса r и высоты h вокруг его основания 9, совпадающего с осью симметрии тела вращения. При этом h = d/r и d/r < r R, где d - калибр ствола пулевого перфоратора, R - радиус кривизны криволинейного паза пулевого перфоратора (не показан).

При выполнении условия d/r < r R, пуля имеет веретенообразную форму, что обеспечивает нужный контакт между пулями в канале и продвижение пули по оси канала в породу.

Исходя из рассмотренных механизмов контактного взаимодействия пуль, были проведены экспериментальные исследования. Оптимальные результаты получены для закаленных (НRС = 58-62) стальных пуль веретенообразной формы. Полученные результаты представлены в таблице.

Формула изобретения

1. Способ перфорации пластов в скважине, включающий спуск пулевого перфоратора в скважину, размещение его в зоне перфорации, жесткую фиксацию относительно оси стрельбы и серию выстрелов вдоль оси перфорационного канала, отличающийся тем, что серию выстрелов производят со смещением каждой предыдущей пули с оси канала в сторону, перпендикулярную к ней, за счет контактирования с каждой последующей пулей.

2. Пуля пулевого перфоратора, включающая корпус, выполненный в виде тела вращения с соосно и последовательно расположенными головкой и хвостовиком, отличающаяся тем, что головка и хвостовик выполнены идентичными.

3. Пуля по п.2, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде тела вращения, образованного вращением кругового сегмента радиуса r и высоты h относительно его хорды, совпадающей с осью симметрии корпуса, причем h = d/r, а d/r < r R,
где h - высота кругового сегмента;
d - калибр ствола пулевого перфоратора;
r - радиус кругового сегмента;
R - радиус кривизны криволинейного паза пулевого перфоратора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3