устройство для обработки призабойной зоны скважины

Формула изобретения

1. Устройство для обработки призабойной зоны пласта, содержащее трубчатую имплозионную камеру со стравливающими отверстиями, геофизическую головку, расположенную в верхней части камеры, ловильное приспособление, узел крепления и узел вскрытия, отличающееся тем, что оно снабжено узлом вскрытия имплозионной камеры, содержащим корпус, герметизирующий блок с вмонтированным сгораемым элементом и инициатором, причем сгораемый элемент выполнен из состава, содержащего окислитель, горючее и компонент, способный вступать во взаимодействие с кислородом и азотом воздуха с образованием твердых продуктов и горением сгораемого элемента вовнутрь имплозионной камеры.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что герметизирующий блок выполнен из композиционного материала, основу которого составляют вещества органической и неорганической природы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности, а именно к устройствам, предназначенным для обработки призабойной зоны скважины (ПЗС) методом имплозии, и может быть использовано для интенсификации нефтедобычи.

Эффективность работы имплозионного устройства во многом определяется работой составляющих его узлов. В частности эффективность имплозионного устройства будет определяется надежностью работы узла разгерметизации имплозионной камеры (ИК). Всякое несанкционированное вскрытие, негерметичность узла вскрытия, ненадежность работы все это резко снижает эффективность работы устройства в целом.

Для вскрытия камеры используются различные узлы. Так, известно устройство, в котором вскрытие ИК осуществляется с помощью впускного клапана. Клапан срабатывает за счет механического удара бойка (груза) при его падении с определенной высоты. Сложность устройства механического клапана, необходимость ювелирной подгонки его деталей для обеспечения герметичности, трудность его очистки от загрязнений и подготовки к следующему испытанию существенно снижает эффективность использования подобного устройства для вскрытия ИК.

Недостатком этого устройства является малая надежность вскрытия ИК при работе в наклонных скважинах и практически полная невозможность его использования в горизонтальных скважинах, которые в последнее время находят широкое применение (авт. св. 2072423, кл. 6 Е 21 В 43/25, 28/00).

Известно устройство для обработки ПЗС с помощью ИК, вскрытие которой производится в результате разрушения мембраны (сталистый чугун) при превышении скважинного давления над пределом прочности материала. Непостоянство прочностных характеристик мембраны приводит к тому, что не достигается заданный перепад давлений репрессии и депрессии. Кроме того, низкая эффективность этого метода объясняется несовершенством его технологии, а также необходимостью использования сложного нагнетательного оборудования. Это существенно снижает эффект от работы ИК подобной конструкции (авт. св. 912917, кл. Е 21 В 43/36).

Известно устройство, где мембрана из стали, легкого металла, стекла, расположенная на сменном штуцере, разрушается при срабатывании электродетонатора и взрывчатого вещества. Недостатками данного устройства являются высокая хрупкость материала мембраны, большое различие коэффициентов объемного расширения материала мембраны и съемного штуцера, что вызывает несанкционированное срабатывание устройства. Применение взрывчатых детонационно-способных веществ обуславливает повышенную опасность при проведении работ на скважине и ограничивает применение такого устройства на практике (авт. св. 369247, М.кл. Е 21 В 43/16).

Наиболее близким по технической сущности является устройство для обработки призабойной зоны пласта, содержащее трубчатую имплозионную камеру со стравливающими отверстиями, герметизирующую головку, расположенную в нижней части камеры, где пробка, выполняющая роль узла вскрытия камеры, изготовлена из пиротехнического состава, баллиститного пороха и смесевого твердого топлива, снабжена форкамерой с узлом воспламенения и ловильным приспособлением (патент 2088751, М.кл. Е 21 В 43/18, БИ 24, 27.08.97 г.).

Недостатком данного устройства является необходимость защиты узла воспламенения пробки от действия скважинной жидкости и избыточного внешнего давления; повышение давления в имплозионной камере, а следовательно, уменьшение перепада давления в результате фильтрации газов через пробку при ее горении; высокая вероятность отказа срабатывания устройства при повреждении пробки во время спусков в наклонных и, особенно, горизонтальных скважинах.

Задачей изобретения является разработка устройства для повышения эффективности обработки призабойной зоны скважины.

Поставленная задача достигается тем, что устройство снабжено узлом вскрытия имплозионной камеры, содержащим корпус, герметизирующий блок с вмонтированным сгораемым элементом и инициатором, причем сгораемый элемент выполнен из состава, содержащего окислитель, горючее и компонент, способный вступать во взаимодействие с кислородом и азотом воздуха с образованием твердых продуктов, а горение сгораемого элемента происходит во внутрь имплозионной камеры.

Герметизирующий блок выполнен из композиционного материала органической или неорганической природы. В качестве основных компонентов композиционного материала для изготовления герметизирующего блока используют либо пластические массы (термопласты или реактопласты), либо компаунды горячего и холодного отвержения (эпоксидные или полиэфирные), либо вяжущие материалы (гипсовые, или цементные, или фосфатные, или силикатные), либо полимеры (фторполимеры, полиэтилен высокого давления), либо их комбинации. Основу сгораемого элемента составляют окислитель, горючее и компонент, способный при горении сгораемого элемента взаимодействовать с кислородом и азотом воздуха с образованием твердых продуктов. В качестве окислителя используют кислородсодержащие соли щелочных или щелочноземельных металлов и аммония, или фтор- или хлорсодержащие полимеры, или оксиды, или перекиси металлов, или их смеси. В качестве горючего используют металлические порошки или полимеры, или органические смолы, или их смеси. В качестве компонентов используют порошки металлов магния, или алюминия, или циркония, или титана, или их сплавы, или их смеси.

Устройство для обработки ПЗС содержит (см. чертеж) трубчатую имплозионную камеру со стравливающими отверстиями 1, геофизическую головку 2, ловильное приспособление 3, узел крепления 4, узел вскрытия ИК, содержащего корпус 5, герметизирующий блок 6, сгораемый элемент 7, инициатор 8. Корпус 5 предназначен для предотвращения проникновения скважинной среды в ИК 1 до момента начала работы устройства. Корпус 5 узла вскрытия ИК заполняют герметизирующим блоком 6 заливкой, либо набивкой или вклеивают. Сгораемый элемент 7 необходимых геометрических размеров и необходимой прочности с инициатором 8 вмонтируют в герметизирующий блок 6, либо в момент изготовления блока, либо вклеивают таким образом, что после инициирования горение сгораемого элемента 7 происходит во внутрь ИК 1, что обеспечивает надежность воспламенения и стабильность горения. Таким образом, узел вскрытия ИК обеспечивает отсутствие контакта сгораемого элемента 7 со скважинной средой и герметичность всего устройства в целом. Подобная конструкция узла вскрытия ИК позволяет надежно использовать устройство для обработки не только наклонных, но и горизонтальных скважин, а также предохранить устройство от несанкционированного вскрытия при спуске в скважину. Сгораемый элемент 7 производят любым известным методом формования, обеспечивающим необходимые прочностные характеристики. Режим работы устройства устанавливают выбором соответствующего состава сгораемого элемента и его размеров.

Устройство работает следующим образом. Непосредственно перед спуском устройства в скважину прикрепляют узел вскрытия к ИК и соединяют инициатор 8 с источником электрического тока посредством электрических проводов, проложенных в полости ИК 1 и проводов геофизического кабеля, прикрепленного к другому концу ИК. На геофизическом кабеле устройство доставляется в интервал обработки скважины. После этого на инициатор 8 подается электрический импульс, от которого начинает гореть сгораемый элемент 7. Горение сгораемого элемента 7 происходит во внутрь ИК 1 и начинается при атмосферном давлении в среде воздуха, что обеспечивает высокую надежность воспламенения сгораемого элемента 7 и стабильность его работы. При горении сгораемого элемента 7 происходит взаимодействие активного компонента с кислородом и азотом воздуха с образованием твердых продуктов оксидов и нитридов. В результате этого происходит понижение давления в ПК 1 ниже атмосферного в 1,21,9 раза. Снижение давления в ИК 1 приводит к увеличению перепада давления между скважинной средой и полостью ИК. Увеличение перепада давлений приводит к росту имплозионного воздействия на скважину и увеличению эффективности работы устройства, что важно при обработке скважин с относительно низким гидростатическим давлением. При горении сгораемого элемента 7 уменьшается прочность герметизирующего блока 6, как в результате уменьшения общей толщины или диаметра, так и вследствие "размягчения" материала блока от воздействия высокой температуры (1000-3000 К). В данных условиях герметизирующий блок 6 полностью теряет свою физико-механическую прочность в месте установки сгораемого элемента 7. При достижении определенного снижения прочности герметизирующий блок 6 под действием давления жидкости в скважине разрушается, скважинная жидкость и загрязняющие скважину примеси, флюиды с большой скоростью поступают в ИК. В результате происходит депрессионное воздействие на ПЗС, способствующее очистке скважины, освобождению перфорационных отверстий от парафино-асфальтеновых загрязнений и отложений. Волновые движения скважинной жидкости, возникшие после депрессионного воздействия, способствуют увеличению количества и глубины трепли 1 в породе. Ловильное приспособление 3 препятствует выпадению из ИК 1 собранных в ней загрязнений. После завершения процесса устройство поднимают на устье скважины. На устье производят очистку ИК 1 и замену узла вскрытия ИК на новый.

Преимуществами данного устройства по сравнению с прототипом являются высокая эффективность обработки наклонных и горизонтальных скважин, скважин с относительно низким гидростатическим давлением, простота конструкции, высокая надежность воспламенения, стабильность горения сгораемого элемента, а также низкая вероятность несанкционированного срабатывания при спуске устройства в скважину.