устройство для обработки призабойной зоны пласта нефтяных скважин

Формула изобретения

Устройство для обработки призабойной зоны пласта нефтяных скважин, содержащее верхнюю трубчатую имплозионную камеру со стравливающими отверстиями, геофизическую головку, расположенную в верхней части камеры, пробку, расположенную в нижней части камеры, и кумулятивный перфоратор, отличающееся тем, что оно снабжено нижней трубчатой имплозионной камерой, термогазогенератором, ловильными приспособлениями, расположенными между верхней трубчатой имплозионной камерой и пробкой и между нижней трубчатой имплозионной камерой и термогазогенератором, гибким соединением между пробкой и кумулятивным перфоратором и/или кумулятивным перфоратором и нижней трубчатой имплозионной камерой, выполненным в виде демпфера, причем пробка выполнена из материала, способного при горении разрушаться с выделением тепла и газа и оказывать тепловое и газохимическое воздействие на обрабатываемую зону пласта, а соотношения диаметров верхней и нижней трубчатых имплозионных камер (Д_верх, Д_нижн) и их длины (L_верх, L_нижн) находятся в пределах:

Д_верх/Д_нижн = 1,1 - 1,43,

L_верх/L_нижн = 0,95 - 0,3.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам для обработки призабойной зоны пласта (ПЗП) и может быть использовано для увеличения производительности, восстановления и ремонта нефтяных скважин.

Известно устройство для обработки ПЗП методом имплозии, содержащее трубчатую имплозионную камеру с перекрывающим механизмом в виде плунжера с пробкой и мембраной (см. авт.св. N 912917, М. кл. E 21 B 43/35). Разгерметизацию имплозионной камеры производят путем разрушения мембраны в результате давления столба скважинной жидкости при нагнетании жидкости на устье скважины.

Недостатком устройства является ненадежность разгерметизации камеры при заданном давлении из-за отсутствия строгой фиксации предела прочности нагружаемой мембраны, трудности подбора необходимой толщины мембраны для скважин с различной глубиной ПЗП, а следовательно, и с различным гидростатическим и пластовым давлением. Кроме того, для реализации этого метода необходимо сложное нагнетательное оборудование, что проблематично в труднодоступных районах нефтяных месторождений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для обработки призабойной зоны пласта нефтяных скважин, содержащее верхнюю трубчатую имплозионную камеру со стравливающими отверстиями, геофизическую головку, расположенную в верхней части камеры, пробку, расположенную в нижней части камеры и кумулятивный перфоратор (см., например, Устройство для вскрытия и обработки призабойной зоны скважин, Информационный листок N 124-95, Казань, Татарский ЦНТИ, 1995 - на 2 л.).

Недостатками данного устройства является то, что воздушная камера, играющая роль имплозионной камеры, непосредственно связана с полостью перфоратора и является приставкой к перфоратору, увеличивая объем его полости. В этом случае, при срабатывании кумулятивных зарядов камера заполняется газообразными продуктами взрыва, что уменьшает перепад давления P скважины/P камеры, т.е. снижает имплозионный эффект. Во-вторых, при такой конструкции невозможно регулировать длительность и амплитуду скачка давления, т.е. имплозионного эффекта.

Одним из недостатков известных устройств с использованием имплозионной камеры является возможность срыва имплозионной камеры с геофизической головки в результате гидродинамического удара при ее вскрытии. Кроме того, определенные размеры имплозионной камеры не позволяют регулировать перепад давления и время воздействия на ПЗП в одной операции.

Задачей данного изобретения является разработка устройства, обеспечивающего вскрытие пласта, последующую обработку ПЗП и очистку скважины за одну операцию.

Поставленная задача достигается тем, что устройство включает верхнюю имплозионную камеру с герметизирующей пробкой и нижнюю имплозионную камеру для создания ударно-депрессионного воздействия, перфоратор для прострела скважины, термогазогенератор для термогазохимического воздействия на пласт и демпфер для исключения застревания устройства в скважине.

Устройство на чертеже содержит верхнюю трубчатую имплозионную камеру со стравливающими отверстиями (1), геофизическую головку (2), ловильное приспособление с самозахлопывающимися элементами (3), пробку (4), имеющую узел воспламенения, кумулятивный перфоратор (5), нижнюю трубчатую имплозионную камеру (6), термогазогенератор (7), демпфер (8), причем пробка выполнена из материала, способного при горении разрушаться с выделением тепла и газа и оказывать тепловое и газохимическое воздействие на обрабатываемую зону пласта. Ловильное приспособление (3) с пробкой (4) и нижняя трубчатая имплозионная камера (6) с термогазогенератором (7) соединяются между собой с помощью стандартных переходных муфт.

Для предотвращения срыва имплозионной камеры с геофизической головкой, а также для исключения застревания устройства в скважине рекомендуется гибкое соединение между пробкой (4) и перфоратором (5) и (или) между перфоратором (5) и нижней трубчатой имплозионной камерой (6), выполненное в виде демпфера (8).

Для исключения срабатывания заряда термогазогенератора от детонации кумулятивного перфоратора заряда выполнен из состава, не восприимчивого к детонационному импульсу.

Устройство работает следующим образом. На геофизическом кабеле устройство спускают в скважину и устанавливают в зоне обрабатываемого пласта. При подаче электрического импульса срабатывает перфоратор (5), который пробивает отверстия в обсадной колонне, тем самым вскрывая пласт. Вслед за этим подается электрический импульс на воспламенительный узел термогазогенератора (7). В результате горения заряда термогазогенератора выделяется большое количество высоконагретых и химически активных газов, которые, находясь под высоким давлением, разрывают пласт, осуществляя термогазохимическое воздействие на призайбоную зону пласта. При этом происходит расплавление парафино-асфальтеновых отложений, создаются новые каналы и трещины в пласте, что существенно повышает проницаемость пласта. По окончании горения заряда термогазогенератора происходит разгерметизация нижней имплозионной камеры (6) и осуществляется ударно-депрессионное воздействие на пласт с раскрытием новых трещин. После этого скважинная жидкость вместе с флюидами устремляется в камеру, где с помощью ловильного приспособления задерживается и, в дальнейшем, доставляется на устье скважины. Одновременно с флюидами под действием пластового давления и депрессионного эффекта происходит удаление металлического песта из материала кумулятивной воронки из перфорационного канала.

Следующей стадией работы устройства является разгерметизация и работа верхней имплозионной камеры (1). Для этого подается электрический импульс на воспламенительный узел пробки, выполненной из того же материала, что и заряд термогазогенератора, не чувствительного к детонационному импульсу, с высокой физико-механической прочностью, способного в результате собственного экзотермического превращения при горении разрушаться с выделением тепла и газа и оказывать дополнительное тепловое и газохимическое воздействие на обрабатываемую зону пласта. В результате горения пробки происходит повторное воздействие на пласт газообразных высоконагретых и химически активных продуктов горения. После сгорания пробки происходит разгерметизация верхней имплозионной камеры (1). В результате очередного, второго гидравлического удара происходит дальнейшее раскрытие трещин пласта. На заключительной стадии скважинная жидкость вместе с флюидами устремляется в камеру, где с помощью ловильного приспособления задерживается и доставляется на устье скважины.

Для регулирования имплозионного эффекта верхняя и нижняя имплозионные камеры имеют различные размеры. Верхняя имплозионная камера имеет больший диаметр и меньшую длину, чем нижняя. Соотношение диаметров и длин верхней и нижней имплозионных камер находится в пределах: D_верх./D_нижн. = 1,1 - 1,43; L_верх./L_нижн. = 0,95 - 0,3. Верхняя имплозионная камера, имея больший диаметр, перекрывает значительную часть сечения скважины, препятствует оттоку газообразных продуктов, образующихся при работе термогазогенератора и сгорании пробки, и увеличивает тем самым воздействие на ПЗП. Меньшая длина верхней имплозионной камеры позволяет создать больший перепад давления. Однако малая длина имплозионной камеры снижает время воздействия перепада давления на призайбоную зону пласта, а увеличение длины уменьшает перепад давления. Увеличить перепад давления позволяет увеличение диаметра имплозионной камеры. Сочетание меньшего диаметра и большей длины в нижней имплозионной камере позволяет повышать время воздействия перепада давления и получать достаточно большой перепад давления. Таким образом, верхняя имплозионная камера позволяет создать больший перепад давления, а нижняя имплозионная камера позволяет увеличить время воздействия.

Устройство может использоваться многократно при соответствующей замене перфоратора (5), термогазогенератора (7) и пробки (4).

Преимуществами данного устройства являются:

- совмещение и осуществление нескольких видов обработки ПЗП в одну операцию (за один спуск устройства в скважину);

- повышение надежности разгерметизацции имплозионной камеры раздельной от заряда сгорающей пробки;

- стадийная комплексная обработка скважины за счет вскрытия новых каналов с помощью перфоратора, термогазохимического воздействия и ударно-депрессионного эффекта;

- наличие ловильного приспособления, обеспечивающего удержание внутри имплозионной камеры парафино-асфальтеновых отложений, кусков горной породы и посторонних предметов;

- наличие демпфера позволяет уменьшить осевую нагрузку на все устройство, предотвращая тем самым изгиб трубчатых элементов камеры, и уменьшает вероятность аварийных ситуаций;

- автономное раскрытие второй имплозионной камеры, позволяющее предотвратить засасывание продуктов детонации и создавать более глубокий имплозионный эффект.