термогазогенератор скважинный

Формула изобретения

Термогазогенератор скважинный, содержащий блок сгорающих элементов в сгораемом или несгораемом корпусе, воспламенитель и узел крепления, отличающийся тем, что корпус выполнен в многомодульном исполнении в виде динамической системы, состоящей как минимум из двух массовых модулей - верхнего и нижнего, связанных между собой упругим элементом с параметрами, обеспечивающими возможность осевых, поперечных и крутильных инерционных колебаний модулей, причем первоначально заряженные массы являются параметрами динамической настройки системы в режиме осевых и крутильных колебаний, при этом каждый модуль дополнительно снабжен упругими скребками с параметрами, обеспечивающими возможность настройки системы в режиме поперечных колебаний, а нижний модуль в своей головной части выполнен с тангенциально расположенными относительно продольной оси корпуса сквозными отверстиями для обеспечения возможности реактивного вращения модуля в режиме крутильных колебаний.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике добычи нефти и газа, в частности к скважинным газогенераторам, и может быть использовано для повышения дебита скважин, а также для одновременного удаления со стенок обсадных и насосно-компрессорных труб (НКТ) продуктов коррозии, асфальтосмолистых и парафиновых отложений (АСПО), других твердых отложений.

Известно устройство для термодинамической обработки призабойной зоны пласта (ПЗП) методом термогазохимичекого воздействия (ТГХВ), использующее в качестве горючего материала пороховые заряды, помещенные в специальный корпус, в котором размещается воспламенитель, соединенный каротажным кабелем с поверхностным оборудованием, с которого подается электрический импульс к воспламенителю для воспламенения зарядов (см. Термогазохимическое воздействие на малодебитные и осложненные скважины // Г.А. Чазов, В.И. Азаматов, С.В. Якимов, А.И. Савич. - М.: Недра, 1986, с. 5 - 14).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной конструкции устройства для термодинамической обработки ПЗП и трубных колонн в скважине, относятся его высокая детонационная чувствительность, невозможность комплексного воздействия на ПЗП и одновременной очистки от продуктов коррозии, АСПО и других твердых отложений протяженных участков ствола скважины или колонны НКТ за один спуск термогазогенератора в скважину, что снижает безопасность и эффективность, а также увеличивает трудоемкость и усложняет проведение работ в скважине.

Известны также устройства, называемые технологическими газогенераторами (см. Башаров В.В., Хайретдинов Н.Ш., Бадретдинов С.С. и др. Технологические газогенераторы для интенсификации нефтеизвлечения: Обзорная информация ВНИИОЭНГ. Сер. Машины и нефтяное оборудование. - М., 1985) или пороховыми генераторами давления (см. Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам /Под ред. Н. Г. Григоряна. - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Недра, 1990, с. 103 -108), служащие для обработки ПЗП и очистки ее от АСПО.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, а также широкому промышленному использованию вышеуказанных аналогов, относятся их конструктивная сложность, высокая чувствительность к механическим и тепловым воздействиям, высокая восприимчивость к детонации, высокая стоимость, невозможность как существенного повышения энергетических характеристик, так и осуществления комплексного воздействия на ПЗП с одновременной очисткой протяженных участков ствола скважины от всех видов отложений и продуктов коррозии, в том числе с использованием дополнительного к термобарическому контактно-механического воздействия на стенки насосно-компрессорных труб (НКТ).

Наиболее близким к заявленному изобретению устройством того же назначения, по совокупности признаков, является термогазогенератор для обработки ПЗП нефтяных скважин, включающий блок сгорающих элементов в сгораемом или несгораемом корпусе, содержащий горючее, окислитель и технологические добавки, воспламенитель и узел крепления (см. Патент Российской Федерации 2124630, кл. Е 21 В 43/25, 43/26, опубл. 10.01.1999, Бюл. 1), принятый за прототип. В качестве горючего в прототипе применен порошок магния или алюминия или их сплавы, в качестве окислителя - нитраты щелочных или щелочно-земельных металлов, а в качестве технологических добавок - смолы или их растворы в технических маслах.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что известное устройство не позволяет осуществить комплексную очистку протяженных участков ствола скважины за счет одновременного контактно-механического и динамического гидротермобарического воздействия на ПЗП и стенки НКТ из-за несоответствия технических параметров устройства, а также отсутствия в нем элементов, позволяющих реализовать эффект комплексного воздействия на ПЗП и одновременной очистки ствола скважины и НКТ от продуктов коррозии и всех видов твердых отложений, в том числе от АСПО и песчано-глинистых отложений.

В известном устройстве отсутствуют элементы, специально предназначенные для осуществления эффективного контактно-механического воздействия на ПЗП и НКТ, а осуществление только одного термогазохимического воздействия само по себе не позволяет удалить со стенок НКТ и горных пород ПЗП продукты коррозии и различные твердые отложения, включая песчано-глинистые отложения и цементную корку, так как они, в отличие от АСПО, не расплавляются и не растворяются в скважинной жидкости при повышении температуры в результате горения горючей смеси. Кроме того, все эти отложения имеют прочное сцепление со стенками, поэтому их удаление возможно только механическим (контактным) способом.

Предложенное изобретение решает техническую задачу, направленную на повышение эффективности термогазохимического воздействия и очистки ПЗП, протяженных участков ствола скважины и НКТ от продуктов коррозии и всех видов твердых отложений.

Техническим результатом при осуществлении заявленного изобретения является расширение технологических возможностей термогазогенератора и повышение дебита скважины за счет комплексной очистки ПЗП и протяженных участков колонны НКТ от продуктов коррозии, АСПО, песчано-глинистых частиц и других твердых отложений, снижения вязкости нефти в ПЗП, восстановления и улучшения фильтрационных свойств ПЗП в результате вибро- и термогазохимического воздействия устройства на горные породы ПЗП и стенки НКТ и, в конечном счете, улучшение гидравлического совершенства системы "продуктивный пласт - скважина".

Указанный технический результат при осуществлении данного изобретения достигается тем, что в известном устройстве термогазогенератора, содержащего воспламенитель, узел крепления, блок сгорающих элементов в сгораемом или несгораемом корпусе, согласно изобретению корпус термогазогенератора выполнен в многомодульном исполнении в виде динамической системы, состоящей как минимум из двух массовых модулей (верхнего и нижнего), связанных между собой упругим элементом с параметрами, обеспечивающими возможность осевых, поперечных и крутильных перемещений модулей относительно друг друга в режиме инерционных вынужденных колебаний, причем первоначально заряженные массы модулей являются параметрами динамической настройки системы в режиме осевых и крутильных колебаний, при этом каждый модуль дополнительно снабжен упругим скребком с параметрами, обеспечивающими возможность настройки динамической системы в режиме поперечных колебаний, а нижний модуль в головной части выполнен с тангенциально расположенными относительно продольной оси корпуса сквозными отверстиями для обеспечения гидроэрозионного воздействия потоков горючих газов и скважинной жидкости на стенки ПЗП и НКТ, а также для реактивного вращения модуля. Наличие в заявленном устройстве упругого элемента между модулями, обеспечивающего их взаимное виброперемещение, и упругих скребков, контактирующих со стенками ПЗП и НКТ и совершающих вместе с модулями осевые (вдоль продольной оси скважины) и крутильные (в плоскости поперечного сечения оси скважины) колебательные движения, а также радиальных и тангенциально расположенных сквозных отверстий в модулях, обеспечивающих гидроэрозионное воздействие истекающих струй продуктов горения и увлеченных ими частиц пластовой жидкости на стенки ПЗП и НКТ, позволяет интенсифицировать процесс их комплексной очистки от продуктов коррозии, АСПО и других твердых отложений.

При исследовании отличительных признаков предлагаемого термогазогенератора вибромодульного исполнения не выявлено каких-либо аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, что в конечном итоге приводит к вышеизложенному техническому результату и подтверждает существенность признаков формулы изобретения.

Предлагаемое изобретение является новым, поскольку не обнаружены аналоги с совокупностью существенных признаков, тождественных предложенному изобретению, обеспечивающих указанный выше технический результат, что соответствует критерию "новизна".

Заявленный термогазогенератор вибромодульный не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку совокупность существенных признаков заявленного изобретения только в предложенном взаимосочетании обеспечивает достижение указанного выше технического результата, что соответствует критерию "изобретательский уровень".

На чертеже изображен термогазогенератор вибромодульный, продольный разрез.

Термогазогенератор содержит два модуля 1 и 2, соединенных между собой упругим элементом 3, воспламенители 4 и 5, горючую смесь 6 и 7, вложенные в корпуса 8 и 9 модулей, скребки 10 и 11, узел кабельной головки 12, скребкодержатели 13 и 14, обтекатель 15 с тангенциальными сквозными отверстиями 16, поддоны 17 и 18 для закрепления упругого элемента 3, сквозные отверстия 20 в корпусах 8 и 9 и каротажный кабель 21.

Устройство работает следующим образом.

Перед применением термогазогенератора его модули 1 и 2 заполняют горючей смесью 6 и 7, закрывают поддонами 17 и 18, соединяют друг с другом с помощью упругого элемента 3, а затем на каротажном кабеле 21 опускают в колонну НКТ 19. При подаче электрического импульса на воспламенители 4 и 5 горючая смесь 6 и 7 в обоих модулях 1 и 2 воспламеняется. После воспламенения горючей смеси продукты первичного горения выбрасываются через отверстия 16 и 20 в скважинную жидкость, где они доокисляются при взаимодействии металлического горючего с водой, содержащейся в скважинной жидкости.

Образовавшиеся при горении газы образуют зону с повышенными температурой и давлением, способствующие термогазовому и термобарическому воздействию на стенки НКТ и ПЗП, результатом которого является расплавление АСПО, раскрытие фильтрационных поровых каналов, трещин и проникновением горячих газов в породу ПЗП, снижение вязкости нефти и коэффициента ее поверхностного натяжения на границах контакта с горной породой, растворение гипса, карбонатных пород и цемента. Так как предлагаемое изобретение представляет собой двухмассовую модель колебательной системы, параметры которой определяются по известным зависимостям (см. Вибрации в технике: Справочник. - В 6-ти т. T.I / Под ред. В.В. Болотина. - М.: Машиностроение, 1978. - С. 101 - 116; М.В. Хвингия. Вибрация пружин. - М.: Машиностроение, 1969. - С.54, таблица 5), одновременно с термогазовым воздействием осуществляется контактно-механическое вибровоздействие на стенки ПЗП и НКТ за счет продольных, поперечных и крутильных колебаний модулей и их упругих скребков, способствующих более эффективной механической очистке стенок от продуктов коррозии, АСПО и других твердых отложений. Высокоскоростной отток газообразных продуктов горения из корпуса термогазогенератора, происходящий через сквозные тангенциальные сверления 16 в обтекателе нижнего модуля 2 и радиальные сверления 20 в корпусе верхнего модуля 2, также обеспечивают очистку стенок ПЗП и НКТ за счет реализации дополнительного гидроэрозионного воздействия высоконапорных потоков продуктов горения и скважинной жидкости. Кроме того, возможно выполнение дополнительных торцевых отверстий в поддонах 17 и 18. Материалы элементов модуля могут выбираться из условия их полного самоуничтожения по окончании процесса газотермической обработки скважины, т.е. могут быть выполнены из сгораемого материала. Сгораемый корпус модуля имеет скорость горения меньше, чем скорость горения горючей смеси.

Заявленное изобретение предназначено для использования в нефтегазодобывающей промышленности для комплексного воздействия на призабойную зону пласта (ПЗП) с целью повышения дебита скважин, а также одновременного удаления со стенок обсадных и насосно-компрессорных труб (НКТ) продуктов коррозии, асфальтосмолистых и парафиновых отложений (АСПО), других твердых отложений.

Преимущество изобретения по сравнению с прототипом состоит в том, что оно позволяет обеспечить комплексную очистку ПЗП и протяженных участков НКТ от продуктов коррозии и различных видов твердых отложений за один спуск его в скважину, улучшить гидравлическое совершенство системы "продуктивный пласт - скважина", увеличить дебит скважины и снизить себестоимость добычи нефти и газа за счет расширения технологических возможностей термогазогенератора.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".