устройство для обработки призабойной зоны пласта нефтяной скважины

Формула изобретения

Устройство для обработки призабойной зоны пласта нефтяной скважины, включающее воздушную камеру с атмосферным давлением и приемную камеру, выполненную из легкого упругопластичного материала, в которой размещены цилиндрической формы композиционные материалы, малогазовый при сгорании композиционный материал, обращенный к воздушной камере и закрепленный радиально расположенными металлическими штырьками неподвижно относительно корпуса приемной камеры, сформирован из композиции, включающей, мас.%:

аммиачная селитра гранулированная марки Б	45-46
бихромат калия	1-2
эпоксидная смола марки ЭД-20	40-42
пластификатор марки ЭДОС	2-3
отвердитель Агидол марки АФ-2М	9-10,

и газогенерирующий при сгорании композиционный материал,

отличающееся тем, что газогенерирующий при сгорании композиционный

материал сформирован из композиции, включающей, мас.%:

нитрат аммония	78-85
порошкообразный бутадиен-нитрильный
каучук с дисперсностью 0,5-1,5 мм	12
бихромат калия	3-10,

а между малогазовым и газогенерирующим при сгорании композиционными материалами приемная камера устройства дополнительно содержит газо- и кислотогенерирующий при сгорании композиционный материал, который сформирован из композиции, включающей, мас.%:

нитрат аммония	40-50
порошкообразный фторкаучук марки СКФ-32
с дисперсностью 0,5-1,5 мм	10
хлорпарафин марки ХП-1100	10-30
фторопласт марки Ф-32Л	10-40

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для повышения производительности скважин путем обработки призабойной зоны пласта нефтяных скважин.

Известно устройство для обработки призабойной зоны пласта нефтяной скважины, включающее воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму и приемную камеру со сгораемым твердым композиционным материалом цилиндрической формы, состоящим из двух частей: первой части, обращенной к воздушной камере и сформированной из прочной с малогазовым выделением при сгорании композиции, с осесимметричной полостью, заполненной смесью первой и второй частей, выполненной в первой части со стороны, обращенной ко второй части, и второй части, сформированной из газогенерирующей при сгорании композиции, в котором приемная камера выполнена из легкого упругопластичного материала, разрушаемого по мере сгорания размещенного в ней твердого композиционного материала, а вторая часть сгораемого твердого композиционного материала выполнена с прочностью, превышающей забойное давление, при этом первая часть включает, мас.%:

термит железоалюминиевый

марки Т-СВ-2 ТУМТ-144-62	61-63
азотнокислый барий ГОСТ 3771-65	29-31
алюминий марки АСД-1 ГОСТ 6058-73	2,9-3,1

эпоксидная смола марки ЭД-20 ГОСТ 10587-84

с отвердителем полиэтиленполиамином

СТУ-49-2529-62 в соотношении 10:1

4,8-5,2,

а в качестве второй части сгораемого твердого композиционного материала с прочностью, превышающей забойное давление, использован материал, включающий гранулированную аммиачную селитру, бихромат калия, эпоксидную смолу, пластификатор марки ЭДОС и отвердитель Агидол марки АФ-2М при следующем соотношении компонентов, мас.%:

аммиачная селитра гранулированная марки Б	70-74
бихромат калия	3-5
эпоксидная смола марки ЭД-20	19,5-21,5
пластификатор марки ЭДОС	1,5-2,0
отвердитель Агидол марки АФ-2М	3,5-4,5,

а в качестве легкого упругопластичного материала, разрушаемого при сгорании твердого композиционного материала, использована труба из полихлорвинила, полипропилена или полиэтилена высокой плотности, см. RU Патент 2138630, МПК Е21В 43/25, Е21В 43/18 (2006.01), 1999.

Недостатком устройства является сложность конструкции и выполнения первой части сгораемого композиционного материала, состоящей из различных элементов, выполненных из материалов разных композиций и различной формы (цилиндроконическая с полостью и цилиндрическая). Другим недостатком является возможность в процессе работы устройства сдвига и последующего преждевременного разрушения материала первой части, что приведет соответственно к преждевременному срабатыванию воздушной камеры и снижению эффективности устройства. Это связано с тем, что величина давления, при котором срабатывает воздушная камера, зависит не только от прочности самого твердого композиционного материала первой части, служащей одновременно диафрагмой-заглушкой, но и от величины адгезионной прочности материала первой части к материалу корпуса приемной камеры. Указанная адгезионная прочность в устройстве может быть недостаточной при высоком давлении в забое, особенно при отсутствии приемистости пласта, в процессе сгорания второй части композиционного материала устройства.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для обработки призабойной зоны пласта нефтяной скважины, включающее воздушную камеру с атмосферным давлением и приемную камеру, выполненную из легкого упругопластичного материала, в которой последовательно размещены цилиндрической формы композиционные материалы, композиционный материал с малогазовым выделением при сгорании, обращенный к воздушной камере и закрепленный радиально расположенными металлическими штырьками неподвижно относительно корпуса приемной камеры, сформирован из композиции, включающей, мас.%:

аммиачная селитра гранулированная марки Б	45-46
бихромат калия	1-2
эпоксидная смола марки ЭД-20	40-42
пластификатор марки ЭДОС	2-3
отвердитель Агидол марки АФ-2М	9-10,

а газогенерирующий при сгорании композиционный материал сформирован из композиции, включающей, мас.%:

аммиачная селитра гранулированная марки Б	70-74
бихромат калия	3-5
эпоксидная смола марки ЭД-20	19,5-21,5
пластификатор марки ЭДОС	1,5-2,0
отвердитель Агидол марки АФ-2М	3,5-4,5,

см. RU Патент 2313663, МПК Е21В 43/18 (2006.01), С09К 8/70 (2006.01), 2007.

Недостатками известного устройства является его низкая эффективность ввиду отсутствия химического воздействия на скелет породы кислотами, которые способны увеличивать пористость породы-коллектора, повышая эффективность обработки призабойной зоны пласта скважины, повышенное шлакообразование относительно массы устройства, а также газогенерирующий композиционный материал на основе эпоксидной смолы не может быть сформирован методом экструзии, что создает трудности при его изготовлении.

Задачей изобретения является повышение эффективности устройства за счет комплексного термогазодинамического и химического воздействия на призабойную зону пласта нефтяной скважины, уменьшение шлакообразования относительно массы устройства и упрощение изготовления устройства.

Техническая задача решается устройством для обработки призабойной зоны пласта нефтяной скважины, включающим воздушную камеру с атмосферным давлением и приемную камеру, выполненную из легкого упругопластичного материала, в которой размещены цилиндрической формы композиционные материалы, малогазовый при сгорании композиционный материал, обращенный к воздушной камере и закрепленный радиально расположенными металлическими штырьками неподвижно относительно корпуса приемной камеры, сформирован из композиции, включающей, мас.%:

аммиачная селитра гранулированная марки Б	45-46
бихромат калия	1-2
эпоксидная смола марки ЭД-20	40-42
пластификатор марки ЭДОС	2-3
отвердитель Агидол марки АФ-2М	9-10,

и газогенерирующий при сгорании композиционный материал, в котором газогенерирующий при сгорании композиционный материал сформирован из композиции, включающей, мас.%:

нитрат аммония

78-85

порошкообразный бутадиен-нитрильный

каучук с дисперсностью 0,5-1,5 мм	12
бихромат калия	3-10,

а между малогазовым и газогенерирующим при сгорании композиционными материалами приемная камера устройства дополнительно содержит газо- и кислотогенерирующий при сгорании композиционный материал, который сформирован из композиции, включающей, мас.%:

нитрат аммония

40-50

порошкообразный фторкаучук марки СКФ-32

с дисперсностью 0,5-1,5 мм	10
хлорпарафин марки ХП-1100	10-30
фторопласт марки Ф-32Л	10-40.

Решение технической задачи позволяет повысить эффективность устройства за счет комплексного термогазодинамического и химического воздействия на призабойную зону пласта нефтяной скважины, уменьшить шлакообразование относительно массы устройства в 3-5 раз и упростить изготовление устройства за счет формирования газогенерирующего и газо- и кислотогенерирующего при сгорании композиционных материалов методом экструзии.

Заявляемое устройство включает, см. Фиг.1, воздушную камеру 1 с атмосферным давлением, к кабельной головке 7 воздушной камеры подсоединяется кабель-трос, через который происходит подача электрического импульса на воспламенитель 8, расположенный на торце приемной камеры со стороны композиционного материала 5; приемную камеру 2, выполненную из легкого упругопластичного материала, в качестве легкого упругопластичного материала, разрушаемого при сгорании твердого композиционного материала, может быть использована труба из полихлорвинила, полипропилена или полиэтилена высокой плотности. В приемной камере размещены цилиндрической формы композиционные материалы: малогазовый при сгорании композиционный материал 3, обращенный к воздушной камере 1 и закрепленный радиально расположенными металлическими штырьками неподвижно относительно корпуса приемной камеры 2, газогенерирующей при сгорании композиционный материал 5, между малогазовым и газогенерирующим при сгорании композиционными материалами приемная камера устройства дополнительно содержит газо- и кислотогенерирующий при сгорании композиционный материал 4, торцы приемной камеры 2 покрыты герметизирующим слоем герметика на основе тиокола 6, толщиной 20 мм. Упругопластичный материал разрушается по мере сгорания композиционных материалов, т.е. по мере последовательного горения газогенерирующего композиционного материала 5, затем газо- и кислотогенерирующего 4, а затем композиционного материала с малогазовым выделением при сгорании 3.

Композиционный материал 3, обращенный к воздушной камере 2 с малогазовым выделением при сгорании, сформирован из композиции, включающей, мас.%:

аммиачная селитра гранулированная марки Б	45-46
бихромат калия	1-2
эпоксидная смола марки ЭД-20	40-42
пластификатор марки ЭДОС	2-3
отвердитель Агидол марки АФ-2М	9-10,

газо- и кислотогенерирующии при сгорании композиционный материал 4, сформирован из композиции, включающей, мас.%:

нитрат аммония

40-50

порошкообразный фторкаучук марки СКФ-32

с дисперсностью 0,5-1,5 мм	10
хлорпарафин марки ХП-1100	10-30
фторопласт марки Ф-32Л	10-40,

газогенерирующей при сгорании композиционный материал 5 сформирован из композиции, включающей, мас.%:

нитрат аммония

78-85

порошкообразный бутадиен-нитрильный

каучук с дисперсностью 0,5-1,5 мм	12
бихромат калия	3-10.

Устройство работает следующим образом.

С помощью подсоединяемого к кабельной головке 7 кабель-троса устройство спускают в забой скважины и устанавливают приемную камеру 2 напротив обрабатываемого интервала пласта. С устья скважины через кабель-трос подают электрический импульс на воспламенитель 8, который расположен в центре торца приемной камеры со стороны композиционного материала 5. Газогенерирующий при сгорании композиционный материал 5 легко воспламеняется от воспламенителя 8 и служит для надежного воспламенения газо- и кислотогенерирующего при сгорании композиционного материла 4, последний имеет температуру горения на 500К ниже, чем композиционный материал 5. По расчетным данным температура горения газо- и кислотогенерирующего композиционного материала 4 составляет порядка 1450К, а газогенерирующего композиционного материала 5 составляет 1950К. После воспламенения и в процессе горения газогенерирующего композиционного материала 5, а затем газо- и кислотогенерирующего композиционного материала 4 выделяются газообразные продукты сгорания, а также соляная и плавиковая кислоты, которые находятся при повышенной температуре и давлении. Термогазодинамическое воздействие на призабойную зону пласта осуществляется за счет выделения при сгорании высоконагретых газов, которые под избыточным давлением проникают в поры и трещины призабойной зоны, расплавляя находящиеся в них загрязнения в виде асфальтеносмолистых и парафинистых отложений. Расплавленные загрязнения вытекают из перфорационных каналов, благодаря чему восстанавливается гидродинамическая связь пласта со скважиной. Химическое воздействие обеспечивается тем, что при сгорании выделяются соляная и плавиковая кислоты, которые воздействуют на скелет породы, увеличивая пористость породы-коллектора. Благодаря комплексному термогазодинамическому и химическому воздействию продуктов сгорания на призабойную зону пласта нефтяной скважины увеличивается эффективность ее обработки.

После сгорания газо- и кислотогенерирующего композиционного материала горение надежно передается малогазовому при сгорании композиционному материалу 3, за счет того, что температура горения последнего на 500К меньше температуры горения предыдущего композиционного материала и составляет по расчетным данным порядка 950К.

К моменту раскрытия воздушной камеры 1 за счет сгорания композиционного материала 3 газообразные продукты, образованные при сгорании композиционных материалов 5 и 4, вытесняются из области приемной камеры скважинной жидкостью, которая устремляется в воздушную камеру. При этом также послойно сгорает корпус приемной камеры 2. За счет потока жидкости из скважины в воздушную камеру в забое создается резкое снижение давления (имплозия), и загрязнения, в виде предварительно расплавленных асфальтеносмолистых и парафинистых отложений, выносятся из призабойной зоны скважины.

Приводим примеры конкретного выполнения.

Пример 1.

Воздушная камера 1 устройства для обработки призабойной зоны пласта скважины, см. Фиг.1, выполнена из стандартной насосно-компрессорной трубы диаметром 73 мм и длиной 8 м, а присоединенная к ней приемная камера 2 выполнена из сплошной полихлорвиниловой трубы длиной 1,4 м с толщиной стенки 4 мм с внутренним диаметром 66 мм. В приемной камере малогазовый при сгорании композиционный материал 3, обращенный к воздушной камере, закреплен радиально расположенными металлическими штырьками неподвижно относительно ее корпуса. Композиционный материал с малогазовым выделением при сгорании 3, обращенный к воздушной камере 1, сформирован из композиции, включающей, мас.%:

аммиачная селитра гранулированная марки Б	45
бихромат калия	2
эпоксидная смола марки ЭД-20	40
пластификатор марки ЭДОС	3
отвердитель Агидол марки АФ-2М	10,

приемная камера устройства дополнительно содержит газо- и кислотогенерирующий при сгорании композиционный материал 4, который сформирован из композиции, включающей, мас.%:

нитрат аммония

40

порошкообразный фторкаучук марки СКФ-32

с дисперсностью 0,5-1,5 мм	10
хлорпарафин марки ХП-1100	30
фторопласт марки Ф-32Л	10,

за газо- и кислотогенерирующим при сгорании композиционным материалом 4 приемная камера содержит газогенерирующей при сгорании композиционный материал 5, который сформирован из композиции, включающей, мас.%:

нитрат аммония

78

порошкообразный бутадиен-нитрильный

каучук с дисперсностью 0,5-1,5 мм	12
бихромат калия	10.

Для сравнения характеристик устройства композиционные материалы приемной камеры по заявляемому объекту, как и по прототипу, использовали одинаковой массы, 5,5 кг.

Малогазовый при сгорании композиционный материал 3 приемной камеры имеет прочность на сжатие 90 МПа, плотность 1,40 г/см³ и массу 0,5 кг. Газо- и кислотогенерирующий при сгорании композиционный материал 4 приемной камеры имеет плотность 1,50 г/см³, высоту 1000 мм, массу 4,0 кг. Газогенерирующей при сгорании композиционный материал 5 приемной камеры имеет плотность 1,55 г/см³, высоту 120 мм, массу 0,5 кг.

Воспламенитель 8, который расположен в центре торца приемной камеры со стороны композиционного материала 5, состоит из нихромовой спирали диаметром проволоки 0,10-0,15 мм, длиной 80-100 мм, торцы приемной камеры 2 покрыты герметизирующим слоем герметика на основе тиокола 6, толщиной 20 мм. Устройство с помощью кабель-троса, подсоединенного к кабельной головке 7, спускают в забой скважины и устанавливают приемную камеру 2 в область интервала обрабатываемого пласта. С устья скважины через кабель-трос подают электрический импульс на воспламенитель 8.

Массу кислот, выделяемых при сгорании с одного кг композиционных материалов, удельную теплоту сгорания и удельное газообразование композиционных материалов определяют расчетным путем. Содержание шлаков относительно массы устройства определяют экспериментально сжиганием опытных образцов устройства в стендовой установке, имитирующей скважинные условия и взвешиванием до и после сжигания кварцевого отборника, размещенного в стендовой установке.

Примеры конкретного выполнения по примерам 2-4 аналогичны примеру 1. Данные по примерам 1-4 с указанием характеристик заявляемого устройства и прототипа приведены в таблице.

Таблица
Наименование составов композиционных материалов и наименование компонентов составов	Примеры конкретного выполнения
	по прототипу	по заявляемому объекту
		№ 1	№ 2	№ 3	№ 4
1	2	3	4	5	6
Состав малогазового при сгорании композиционного материала:
Аммиачная селитра гранулированная марки Б	45	45	46	45	46
Бихромат калия	2	2	1	2	1
Эпоксидная смола марки ЭД-20	40	40	42	40	42
Пластификатор марки ЭДОС	3	3	2	3	2
Отвердитель Агидол марки АФ-2М	10	10	9	10	9

Продолжение таблицы
1	2	3	4	5	6
Состав газогенерирующего при сгорании композиционного материала:
Аммиачная селитра гранулированная марки Б	71
Бихромат калия	3
Эпоксидная смола марки ЭД-20	20
Пластификатор марки ЭДОС	2
Отвердитель Агидол марки АФ-2М	4
Состав газо- и кислотогенерирующего при сгорании композиционного материала:
Нитрат аммония		50	50	40	40
Порошкообразный фторкаучук марки СКФ-32 с дисперсностью 0,5-1,5 мм		10	10	10	10
Хлорпарафин марки ХП-1100		30	20	10	20
Фторопласт марки Ф-32Л		10	20	40	30
Состав газогенерирующего при сгорании композиционного материала:
Нитрат аммония		78	85	85	78
Порошкообразный бутадиен-нитрильный каучук с дисперсностью 0,5-1,5 мм		12	12	12	12
Бихромат калия		10	3	3	10
Характеристики устройства
Масса кислот в числителе -концентрированная соляная / в знаменателе - плавиковая, выделяемых при сгорании с одного кг композиционных материалов, кг/кг	0/0	0,30/0,11	0,22/0,16	0,20/0,27	0,24/0,22
Шлакообразование композиционных материалов относительно массы устройства, %	10-15	3-5	2-4	4-5	4-5
Удельная теплота сгорания композиционных материалов, кДж/кг	1800	1850	1860	1830	1800
Удельное газообразование композиционных материалов, м /кг	0,8	0,84	0,86	0,82	0,80

Из данных таблицы видно, что при сгорании 1 кг композиционных материалов заявляемого объекта выделяется 0,11-0,27 кг плавиковой кислоты и 0,20-0,30 кг концентрированной соляной кислоты, а при сгорании композиционных материалов по прототипу кислот не выделяются. После сгорания композиционных материалов по заявляемому объекту образуется в 3-5 раз меньше шлаков, загрязняющих скважины, по сравнению с прототипом, при этом по показателям удельного газообразования и удельной теплоты сгорания заявляемый объект и прототип находятся на одном уровне.

Решение технической задачи позволяет повысить эффективность устройства за счет комплексного термогазодинамического и химического воздействия на призабойную зону пласта нефтяной скважины, уменьшить шлакообразование относительно массы устройства в 3-5 раз и упростить изготовление устройства за счет формирования газогенерирующего и газо- и кислотогенерирующего композиционных материалов методом экструзии.