способ изоляции водопритока, зоны поглощения и отключения пласта скважины и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ изоляции водопритока, зоны поглощения и отключения пласта скважины, согласно которому в зоне обработки скважины располагают газогенератор с рабочим агентом из нескольких зарядов твердого топлива, содержащим основу в виде порошкообразного металла для получения в результате инициирования газогенератора изолирующей смеси, которую внедряют в зону изоляции пласта под действием давления, создаваемого газогенератором, отличающийся тем, что применяют бескорпусной газогенератор, вначале осуществляют воспламенение, по меньшей мере, одного заряда, генерирующего только газ, которым вытесняют скважинную жидкость из зоны изоляции и одновременно прогревают поверхность стенок скважины и поверхностные слои изолируемого пласта, а затем, с задержкой по времени, достаточной для вытеснения скважинной жидкости из зоны изоляции, но не более трети времени горения заряда, генерирующего только газ, осуществляют воспламенение набора зарядов, генерирующих изолирующую смесь, при этом в качестве основы для получения изолирующей смеси используют порошкообразный металл или систему из двух таких металлов, не реагирующих с агрессивными жидкостями, причем таких, оксиды которых способны образовывать с оксидами породы изолируемого пласта эвтектический сплав.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изолирующую смесь внедряют в зону изоляции под давлением, превышающим горное.

3. Устройство для изоляции водопритока, зоны поглощения и отключения пласта скважины, содержащее газогенератор с рабочим агентом из нескольких зарядов твердого топлива, содержащим основу для получения изолирующей смеси, отличающееся тем, что газогенератор выполнен бескорпусным, рабочий агент представляет собой расположенный в газогенераторе снизу, по меньшей мере, один заряд баллиститного твердого топлива, генерирующий только газ, и набор зарядов смесевого твердого топлива, генерирующих изолирующую смесь, при этом между зарядом, генерирующим только газ, и набором зарядов, генерирующих изолирующую смесь, размещен замедлитель воспламенения последних.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может быть использовано при изоляции водопритока, зоны поглощения и отключения пласта скважины в нагнетательных и добывающих скважинах.

Известен способ обработки скважины, при котором в нее закачивают жидкость, используемую для обработки, до уровня, совпадающего с частью скважины, подлежащей обработке. Вблизи указанной жидкости размещают газогенератор, который при включении диспергирует жидкость внутри скважины в зависимости от рабочего давления и времени работы газогенератора. В качестве жидкости может быть использована жидкость для борьбы с водопроявлениями (международная заявка №2233996, публикация 91.01.23.; ИСМ. вып.63, N 22, 1992 г., с.39).

Проведенный анализ известного способа показывает, что он характеризуется длительностью осуществления, связанной с необходимостью предварительной закачки жидкости. Следует также отметить, что при использовании жидкости в качестве изолирующего агента совместно с газогенератором в пласт попадает минимальное количество жидкости, большая часть жидкости вытесняется вверх по стволу скважины, тем самым снижая эффективность способа.

Наиболее близким к предлагаемому изобретении, относящемуся к способу изоляции водопритока, зоны поглощения и отключения пласта скважины, является способ, описанный в патенте РФ №2147331.

Согласно этому способу в зоне обработки скважины располагают генератор газов, инициируют его, образуя смешиванием в корпусе генератора полученной в результате инициирования генератора газовой среды и изолируемого компонента термодиффузионную изолирующую смесь, которую внедряют в зону изоляции давлением газовой среды, не превышающим давления разрыва пласта скважины, причем в качестве рабочего агента генератора газов используют пороховой заряд, в состав которого вводят изолирующий компонент (порошковый алюминий, цементную пудру).

Недостатком способа по прототипу является механический ввод изолирующей смеси в породу, которая удерживается в последней только за счет проникновения на небольшое расстояние в поры, тем самым возможно ее постепенное вымывание из породы. Для осуществления данного процесса требуется точно регулировать давление обработки, которое не должно превышать горное, что практически трудно осужествимо из-за влияния различных факторов. При давлении, не соответствующем требуемому, качество изоляции значительно ухудшается. Кроме того, использование порошкового алюминия в качестве основы для получения изолирующей смеси исключает возможность применения в скважине агрессивных жидкостей для кислотной обработки, так как алюминий вступает в реакцию с ними, начинает растворяться в них, и, следовательно, будет разрушаться водоизолирующий экран и снижаться продолжительность и качество эффекта. Использование в качестве изолирующего компонента минеральных материалов, например цементной пудры, ухудшает энергетические характеристики порохового заряда, т.е. температура продуктов сгорания топлива значительно уменьшается и, следовательно, ее может не хватить для того, чтобы полностью расплавить цементную пудру, что в конечном итоге снижает прочность адгезионной связи изолирующей смеси с породой и не обеспечивает качество и надежность способа изоляции, ее эффективность. Кроме того, совокупность действий и условия их осуществления в известном способе не предполагают подготовку поверхности стенок скважины и поверхностных слоев изолируемого пласта перед собственно изоляцией, что указывает на ограниченные эксплуатационные возможности способа, ведущие к низкой эффективности изоляции.

В том же патенте описано устройство для изоляции водопритока, зоны поглощения и отключения пласта скважины, наиболее близкое к предлагаемому.

Известное устройство представляет собой газогенератор, в корпусе которого размещен рабочий агент из нескольких зарядов твердого топлива, содержащий основу для получения изолирующей смеси, в качестве которой используется порошковый алюминий или цементная пудра.

К недостаткам устройства по прототипу следует отнести наличие корпуса, в котором происходит смешение газа и основы для получения изолирующей смеси, что значительно усложняет конструкцию и, следовательно, уменьшает надежность ее функционирования. При работе устройства внутренняя поверхность корпуса подвергается воздействию высокой температуры от продуктов сгорания зарядов твердого топлива, что приводит к ускоренному выводу из строя данного устройства, снижает надежность и качество изоляции. В условиях ограниченного пространства в скважине наличие корпуса значительно снижает массогабаритные характеристики зарядов и это приводит к снижении эффективности изоляции, т.к. образуется меньше изолирующей смеси. В связи с тем, что газогенератор должен работать в скважине в условиях повышенных температуры (до 170С) и давления (до 50 МПа), требуется применение высокопрочных и термостойких материалов для изготовления корпуса, что значительно удорожает конструкцию. Кроме того, в одном корпусе технически невозможно воспламенить с временным интервалом заряды, продукты генерации которых различаются по агрегатному состоянию и функционально. Т.е. известное устройство имеет ограниченные эксплуатационные возможности.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа изоляции водопритока, зоны поглощения и отключения пласта скважины и устройства для его осуществления с расширенными эксплуатационными возможностями, позволяющих повысить эффективность изоляции, ее качество и надежность путем увеличения адгезии между коренной породой и изолирующей смесью за счет образования эвтектического сплава между ними, устойчивого к действию агрессивных жидкостей, и предваряющего изоляцию прогрева поверхности стенок скважины и поверхностных слоев изолируемого пласта, осуществляемого одновременно с вытеснением скважинкой жидкости.

Поставленная задача решается предложенным способом изоляции водопритока, зоны поглощения и отключения пласта скважины и устройством для его осуществления.

Для получения вышеуказанного результата в заявляемом способе в зоне обработки скважины располагают газогенератор с рабочим агентом из нескольких зарядов твердого топлива, содержащим основу в виде порошкообразного металла для получения в результате инициирования газогенератора изолирующей смеси, которую внедряют в зону изоляции пласта под действием давления, создаваемого газогенератором, особенность заключается в том, что применяют бескорпусной газогенератор, вначале осуществляют воспламенение по меньшей мере одного заряда, генерирующего только газ, которым вытесняют скважинную жидкость из зоны изоляции и одновременно прогревают поверхность стенок скважины и поверхностные слои изолируемого пласта, а затем с задержкой по времени, достаточной для вытеснения скважинкой жидкости из зоны изоляции, но не более трети времени горения заряда, генерирующего только газ, осуществляют воспламенение набора зарядов, генерирующих изолирующую смесь, при этом в качестве основы для получения изолирующей смеси используют порошкообразный металл или систему из двух таких металлов, не реагирующих с агрессивными жидкостями, причем таких, оксиды которых способны образовывать с оксидами породы изолируемого пласта эвтектический сплав.

В некоторых случаях целесообразно внедрять изолирующую смесь в зону изоляции под давлением, превышающим горное.

Отличительными признаками предлагаемого способа от прототипа являются: применение бескорпусного генератора; наличием по меньшей мере одного заряда, генерирующего только газ; использование в качестве основы для получения изолирующей смеси порошкообразного металла или системы из двух таких металлов, не реагирующих с агрессивными жидкостями (в прототипе - порошковый алюминий, реагирующий с кислотами); введение изолирующей смеси в зону изоляции сопровождается образованием эвтектического сплава с породой (в прототипе - механический ввод изолирующей смеси); вытеснение скважинной жидкости из зоны изоляции осуществляют одновременно с прогревом поверхности стенок скважины и поверхностных слоев изолируемого пласта (в прототипе прогрев, предваряющий изоляцию, отсутствует), что позволяет считать предложенный способ, соответствующим критерию "новизна".

Сравнение заявляемого способа с прототипом и другими способами изоляции, выявленными в уровне техники, показало, что неизвестно техническое решение поставленной задачи, в котором бы имело место предложенное сочетание признаков.

Только предлагаемая совокупность отличительных от прототипа признаков с остальными существенными признаками заявляемого способа позволяет, вследствие образования эвтектического сплава между коренной породой и изолирующей смесью, устойчивого к действию агрессивных жидкостей, и предварительного прогрева поверхности стенок скважины и поверхностных слоев изолируемого пласта, осуществляемого одновременно с вытеснением скважинной жидкости, расширить эксплуатационные возможности способа и повысить качество и надежность изоляции, т.е. достичь повышения ее эффективности.

Это дает основание считать предложенный способ, обладающим изобретательским уровнем.

Целесообразно внедрять изолирующую смесь в зону изоляции под давлением, превышающим горное, при обработке пластов, породы которых имеет низкую проницаемость (менее 0,05-0,1 мкм²), для создания в пласте микротрещин, способствующих проникновению изолирующей смеси на большую глубину.

Способ осуществляют с помощью устройства, содержащего газогенератор с рабочим агентом из нескольких зарядов твердого топлива, содержащим основу для получения изолирующей смеси, особенность заключается в том, что газогенератор выполнен бескорпусным, рабочий агент представляет собой расположенный в газогенераторе снизу по меньшей мере один заряд баллиститного твердого топлива, генерирующий только газ, и набор зарядов смесевого твердого топлива, генерирующих изолирующую смесь, при этом между зарядом, генерирующим только газ, и набором зарядов, генерирующих изолирующую смесь, размещен замедлитель воспламенения последних.

Проведенный анализ уровня техники показывает, что предлагаемое устройство для осуществления способа изоляции водопритока, зоны поглощения и отключения пласта скважины отличается от прототипа иным конструктивным выполнением газогенератора - бескорпусным (в прототипе имеется корпус, в котором получают изолирующую смесь); наличием заряда, генерирующего чистый газ (т.е. не имеющего в составе конденсированных частиц) для подготовки поверхности породы под изоляцию, определенной последовательностью расположения зарядов с разными продуктами генерации.

Таким образом заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение предлагаемого устройства с прототипом и другими техническими решениями показало, что не известно устройство, в котором бы имело место предложенное сочетание признаков.

Из уровня техники известно использование бескорпусных газогенераторов в нефтедобывающей отрасли для разрыва и термогазохимической обработки при забойной зоны пласта газообразными продуктами горения твердого топлива с целью повышения фильтрационных свойств при скважинной зоны, что влечет за собой интенсификацию добычи нефти и газа. Для достижения требуемого эффекта большое значение имеет градиент нарастания давления и время горения, что достигается выбором состава твердого топлива, конструкцией зарядов, системой воспламенения и другими методами.

В нашем случае бескорпусной газогенератор используют для воздействия на призабойную зону пласта при его изоляции для получения противоположного эффекта, а именно - ухудшения фильтрационных свойств пласта, чтобы в заданном интервале исключить поступление жидкости в скважину.

Только предлагаемая совокупность отличительных от прототипа признаков с остальными существенными признаками заявляемого решения позволила расширить эксплуатационные возможности устройства, достичь повышения эффективности изоляции, ее качества и надежности путем увеличения адгезии между коренной породой и изолирующей смесью за счет предварительного прогрева поверхности стенок скважины и поверхностных слоев изолируемого пласта, осуществляемого одновременно с вытеснением скважинной жидкости, а именно, это дает основание считать предлагаемое устройство, обладающим изобретательским уровнем.

Предлагаемое устройство для осуществления способа изоляции водопритока, зоны поглощения и отключения пласта скважины содержит заряд 1 баллиститного твердого топлива, заряды 2 смесевого твердого топлива, замедлитель 3 воспламенения зарядов 2 (на чертеже приведена конструкция пирозамедлителя), геофизический кабель 4 для монтажа и перемещения бескорпусного газогенератора.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом. Собранный газогенератор опускают на кабеле 4 в скважину, заполненную скважинной жидкостью, в зону изолируемого интервала. По геофизическому кабели 4 подается электрический импульс для инициирования газогенератора. В первую очередь воспламеняется заряд 1. Продукты сгорания данного заряда образуют газовый "пузырь", вытесняющий скважинную жидкость из интервала скважины, где размещен газогенератор, одновременно прогревая поверхность стенок скважины и поверхностные слои изолируемого пласта, обеспечивая тем самым лучшие условия для проникновения изолирующей смеси в глубь породы, предотвращая преждевременную конденсацию изолирующей смеси у входа в поры и трещины коренной породы. Затем с задержкой по времени, достаточной для вытеснения скважинной жидкости из зоны изоляции, но не более трети времени горения заряда 1, воспламеняются заряды 2 (при более длительной задержке появляется опасность невоспламенения последних). Обеспечение задержки осуществляется с помощью известных в технике конструкций. Это могут быть пирозамедлитель или турбулизирующие шайбы, размещенные на торцах заряда 1 и одного из зарядов 2.

Заряды 2 при своей работе производят высокотемпературную гетерогенную смесь. При сгорании топлива введенный в его состав порошкообразный металл (титан, никель, любой другой металл, имеющий высокую теплоту сгорания для получения высокой температуры изолирующей смеси, образующий оксид, который имеет температуру плавления, ниже температуры гетерогенной смеси, и образовывает с оксидом коренной породы эвтектический сплав, оксид металла и эвтектический сплав должны быть устойчивы к кислотным смесям, применяемым при обработке скважин) превращается в оксид металла и вместе с газообразными продуктами сгорания образуют гетерогенную смесь, содержащую в виде аэрозоля капли жидкого оксида металла.

При проницаемости породы пласта более 0,1 мкм² такая смесь под действием давления, превышающего пластовое, задавливается в поры и трещины коренной породы, содержащей оксид кремния SiО₂ (силикатные породы) или оксид кальция СаО (карбонатные породы), и за счет высоких температур взаимодействует с ними, образуя на границе контакта эвтектический сплав с более низкой температурой плавления, чем оксид коренной породы и оксид металла в гетерогенной смеси. При охлаждении оксид коренной породы и оксид металла кристаллизуются (затвердевают), образуя единую твердую систему с прочной адгезионной связью.

При изоляции пластов, породы которых имеют низкую проницаемость (менее 0,05-0,1 мкм²), гетерогенную смесь задавливают в пласт под действием давления, превышающего горное, для создания в пласте микротрещин, способствующих проникновению смеси, содержащей капли жидкого оксида металла, и предотвращающих преждевременную конденсацию этих оксидов у входа в поры и трещины породы. Регулировку давления осуществляют выбором количества зарядов в составе газогенератора.

При необходимости понижения температуры плавления оксида металла, для повышения температуры горения твердого топлива при недостаточной калорийности одного металла, используют систему двойных оксидов. Двойные системы (хром и ванадий, хром и цирконий, алюминий и хром) позволяют синтезировать легкоплавкие системы, обеспечивающие взаимодействие расплава с коренной породой при относительно низких температурах. Использование в составе твердого топлива порошкообразных алюминия и свинца обеспечивают получение чрезвычайно низкоплавкой системы с температурой плавления 865С, а взаимодействие данного расплава с породой, содержащей SiО₂ происходит при температуре 714С. При этом данная система двойных окислов неожиданно оказалась весьма стойкой к взаимодействию с кислотными растворами (в отличие от собственно порошкообразного алюминия, применяемого при реализации способа по прототипу). Потеря веса при выдержке в течение 30 часов в 14%-ном растворе соляной кислоты составляет не более 4%.

Заявляемый способ изоляции с использованием бескорпусного газогенератора приведенной конструкции с зарядами 2, содержащими титан (температура газодиффузионной смеси около 3000С; температура плавления TiO₂ - 1870С; температура плавления эвтектики SiO₂ - TiО₂ - 1540С; потеря веса в 14%-ном растворе НСl за 30 часов около 8%) был опробован на натурных скважинах Варьеганского месторождения. Было обработано 3 нефтяных скважины с высокой степенью обводненности (до 100%) и получены предполагаемые результаты.

Таким образом, предлагаемые способ изоляции водопритока, зоны поглощения и отключения пласта скважины и устройство для его осуществления практически реализуемы, позволяют удовлетворить существующую потребность, и, следовательно, заявляемое изобретение обладает промышленной применимостью.