заряд бескорпусный секционный для газогидравлического воздействия на пласт

Формула изобретения

1. Заряд бескорпусный секционный для газогидравлического воздействия на пласт, включающий узел воспламенения, секции заряда, изготовленные из составов, обеспечивающих горение в водной, водо-нефтяной и кислотной средах, с одной или несколькими воспламенительными секциями для возгорания основных секций и оснастку, секции заряда имеют центральный канал, конфигурация которого имеет форму с развитой поверхностью горения для обеспечения заданного времени горения и давления для гидроразрыва пласта, оснастка представляет собой составную штангу, пропущенную через центральный канал каждой секции заряда, к обоим концам штанги присоединены конусы-центраторы обтекаемой формы для стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу с диаметром, превышающим диаметр секций заряда, между секциями заряда установлены центрирующие кольца, превышающие по диаметру диаметр секций заряда, причем кольца изготовлены таким образом, чтобы не менялась динамика горения заряда, между нижним конусом-центратором и секциями заряда расположен рассеиватель для отвода газового потока, образующегося при горении заряда, отличающийся тем, что центральный канал секций заряда и внутренняя полость рассеивателя представляют собой контейнер для доставки в интервал обработки вещества в твердом, или в жидком, или в гелеобразном виде, а для обеспечения герметичности контейнера места сочленения всех элементов контейнера выполнены герметичными, центрирующие кольца выполнены таким образом, что позволяет при сборке устройства герметизировать места сочленения секций заряда, отверстия рассеивателя загерметизированы от внешней среды кожухом или пробками, обеспечивающими разгерметизацию рассеивателя при горении заряда, кроме того, между рассеивателем и секциями заряда установлены герметичные прокладки, при этом прокладки и центрирующие кольца выполнены таким образом, чтобы компенсировать линейное расширение заряда от температуры в интервале обработки, при этом диаметр секций заряда, конфигурация центрального канала секции заряда и внутренний объем рассеивателя выполнены так, чтобы обеспечить доставку в интервал обработки пласта необходимого объема вещества.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между верхним конусом-центратором и секциями заряда установлен дополнительный рассеиватель для увеличения внутреннего объема контейнера и снижения нагрузки на штангу.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что рассеиватели выполнены так, что дополнительно добавлена цилиндрическая часть без проходных отверстий, с внутренним объемом, необходимым для доставки заданного количества вещества, а проходные отверстия расположены со стороны конусов-центраторов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам для добычи нефти.

Известно устройство для разрыва пласта - генератор давления ПГД-БК-150 [1]. Заряд газогенератора, состоящий из нескольких соединенных между собой пороховых секций заряда, имеющих цилиндрическую форму с центральным каналом круглого сечения, смонтирован на опорной трубе из алюминиевого сплава. Резьбы и проточки на концах опорной трубы позволяют соединять между собой необходимое число секций порохового заряда с помощью штуцеров. Внутри опорных труб размещены пиротехнические воспламенители. В нижней части опорная труба загерметизирована заглушкой и закреплена наконечником, в верхней - кабельной головкой однократного использования с опорной шайбой. В головке расположен пиропатрон, уплотнительные детали, наконечник, прокладка. По всей поверхности заряд покрыт защитным покрытием гидроизоляционным составом, а по наружной боковой поверхности - дополнительным покрытием, предохраняющим заряд от трения и ударов о колонну.

Генератор работает следующим образом. При подаче по кабелю электрического импульса, срабатывает пиропатрон, который поджигает пусковые воспламенители, расположенные в каналах всех опорных труб. Образующиеся продукты сгорания пусковых воспламенителей прожигают стенки труб и воспламеняют пороховые заряды по поверхности, находящиеся в контакте с трубами.

Использование этих устройств не всегда дает положительный эффект. Это связано с тем, что защитное покрытие, соединительные узлы, опорные трубы остаются в скважине, что ведет к засорению скважины. При небольшой глубине забоя от зоны перфорации необходима дополнительная очистка скважины для повторного вскрытия пласта и установки насоса. Имеет место перехлест кабеля. За время горения заряда столб жидкости поднимается на 15-20 метров, что может привести к разрушению обсадной колонны из-за перепада давления в скважине и заколонном пространстве, превышающей ее прочность.

Известно устройство ПГД. БК-100 М [2]. Бескорпусный секционный пороховой заряд на геофизическом кабеле, включающий пороховые секции, изготовленные из твердого ракетного топлива: одной воспламенительной секции и пяти основных секций заряда, установленные вплотную друг к другу. В каждой секции заряда имеется центральный канал. В воспламенительной секции заряда диаметр канала больше, чем в основных секциях. В качестве воспламенительной секции заряда используют опорную трубу с пиротехническими воспламенителями. В верхней части труба загерметезирована кабельной головкой, к которой прикреплен геофизический кабель с надетыми на него двумя основными секциями заряда с верхним наконечником. В нижней части труба загерметезирована заглушкой с прикрепленным к ней тросом, на который, вплотную к воспламенительной секции, надевают три основных секции заряда. В нижней части заряда имеется наконечник, закрепленный гайкой. Горение заряда происходит с канала. Боковая поверхность заряда имеет защитное покрытие, предохраняющее заряд от трения и ударов о колонну. Для регистрации максимального давления, создаваемого в скважине пороховым генератором, на расстоянии 10 м от верхнего торца генератора к кабелю прикрепляют крешерный прибор. Значение созданного давления находят по специальной таблице, прилагаемой к каждой партии крешерных столбиков в зависимости от степени обжатия столбика.

Генератор работает следующим образом. При подаче по кабелю электрического импульса срабатывает пиропатрон, который поджигает пусковые воспламенители, расположенные в канале опорной трубы. Образующиеся продукты сгорания пусковых воспламенителей прожигают стенки труб и поджигают воспламенительную секцию заряда. Продукты горения воспламенительного заряда поджигают основные заряды. Горение заряда идет от центрального канала.

Использование этих устройств не всегда дает положительный эффект. Это связано с тем, что заряды собраны на геофизическом кабеле, в местах стыка зарядов при их горении происходит перегрев и разрыв каротажного кабеля, секции заряда разъединяются, что может привести к аварийной ситуации. Кроме того, ПГД. БК-100 М имеет все недостатки, что и ПГД-БК-150.

В качестве прототипа выбран бескорпусный секционный заряд для газогидравлического воздействия на пласт [3], включающий узел воспламенения, соединенный с проводом питания, секции заряда без защитного покрытия, изготовленные из составов, которые обеспечивают горение в водной, водонефтяной, кислотной средах. Одна или несколько секций - воспламенительные, а остальные, возгорающиеся от нее - основные. Секции заряда имеют центральный канал, конфигурация которого имеет форму с развитой поверхностью горения для обеспечения заданного времени горения и давления для гидроразрыва пласта. Оснастка включает детали для сбора секций заряда и детали, обеспечивающие стягивание секций вплотную друг к другу. Для сбора секций заряда используют составную штангу (составленную из нескольких элементов), пропущенную через центральный канал каждой секции заряда, к обоим концам оснастки присоединены конусы - центраторы обтекаемой формы для стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу с диаметром, превышающим диаметр секций заряда, между секциями заряда установлены центрирующие кольца, превышающие по диаметру диаметр секций заряда, причем кольца изготовлены таким образом, чтобы не менялась динамика горения заряда. Между нижним конусом-центратором и секциями заряда расположен рассеиватель для отвода газового потока, образующегося при горении заряда. Причем сумма проходных отверстий рассеивателя рассчитана таким образом, чтобы обеспечить минимальную нагрузку на штангу и обеспечить максимальное воздействие на пласт.

Заряд прошел приемочные испытания, выпускается серийно и успешно применяется на нефтегазовых месторождениях. Эффективность применения заряда достаточно высокая, но не всегда удается добиться желаемого результата. К недостаткам можно отнести то, что не на всех пластах можно проводить воздействие. Так если пласт малой мощности, а недалеко залегает водоносный пласт, то рассчитываемое количество сжигаемых секций заряда с определенной массой, которое может провести разрыв пласта, может воздействовать на водоносный пласт, что приведет к заводнению. Кроме того, техническое состояние скважины не всегда позволяет использовать заряд большой мощности. Использование после проведения газогидравлического воздействия другого воздействия не всегда эффективно из-за того, что это воздействие осуществляется не в месте интервала перфорации, а по всему стволу скважины, например кислотная обработка. Кроме того, эти воздействия разнесены по времени. Кроме того, реагенты, закачиваемые в скважину, не всегда могут глубоко проникнуть в пласт, а для ряда реагентов необходима высокая температура.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности обработки прискважинной зоны пласта за счет разрыва пласта, а в зависимости от геолого-технических задач, стоящих перед проведением воздействия дополнительно решить ряд задач: очистить призабойную зону пласта от кольматации, снизить вязкость нефти, увеличить проницаемости пласта, очистить пласт от продуктов воздействия на пласт, заполнить образовавшиеся трещины проницаемым материалом, чтобы трещины не закрывались, т.е. продлить срок эффекта воздействия на пласт.

Необходимый технический результат достигается тем, что заряд бескорпусный секционный для газогидравлического воздействия на пласт, включающий узел воспламенения, секции заряда, изготовленные из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной средах, с одной или несколькими воспламенительными секциями для возгорания основных секций и оснастку, секции заряда имеют центральный канал, конфигурация которого имеет форму с развитой поверхностью горения для обеспечения заданного времени горения и давления для гидроразрыва пласта, оснастка, представляет собой составную штангу, пропущенную через центральный канал каждой секции заряда, к обоим концам штанги присоединены конусы - центраторы обтекаемой формы для стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу с диаметром, превышающим диаметр секций заряда, между секциями заряда установлены центрирующие кольца, превышающие по диаметру диаметр секций заряда, причем кольца изготовлены таким образом, чтобы не менялась динамика горения заряда, между нижним конусом-центратором и секциями заряда расположен рассеиватель с проходными отверстиями для отвода газового потока, образующегося при горении заряда, согласно изобретению центральный канал секций заряда и внутренняя полость рассеивателя представляют собой контейнер для доставки в интервал обработки вещества, например реагента, в твердом или в жидком, или в гелеобразном виде, а для обеспечения герметичности внутренней полости заряда, места сочленения всех элементов контейнера выполнены герметично, центрирующие кольца выполнены таким образом, что позволяют при сборке устройства герметизировать места сочленения секций заряда, отверстия рассеивателя загерметизированы от внешней среды кожухом или пробками, обеспечивающими разгерметизацию рассеивателя при горении заряда, кроме того, между рассеивателем и секциями заряда установлены герметичные прокладки, при этом прокладки и центрирующие кольца выполнены таким образом, чтобы компенсировать линейное расширение заряда при высоких температурах в интервале обработки, а диаметр секций заряда, конфигурация центрального канала секции заряда и внутренний объем рассеивателя выполнены так, чтобы обеспечить доставку в интервал обработки пласта необходимого объема вещества.

Кроме того, между верхним конусом-центратором и секциями заряда установлен дополнительный рассеиватель для увеличения внутреннего объема контейнера и снижения нагрузки на штангу.

Кроме того, рассеиватель или рассеиватель и дополнительный рассеиватель выполнен(ы) так, что дополнительно добавлена цилиндрическая часть без проходных отверстий, с внутренним объемом, необходимым для доставки заданного количества вещества, а проходные отверстия расположены со стороны конусов-центраторов.

Для наглядности заряд бескорпусный секционный для газогидравлического воздействия на пласт представлен на фиг.1. Заряд включает секции заряда 1, составную штангу 2, конусы-центраторы 3, рассеиватель отвода газового потока 4 с проходными отверстиями рассеивателя отвода газового потока 5, центрирующие кольца 6, герметичную прокладку 7, цилиндрическую часть безпроходных отверстий рассеивателя отвода газового потока 8, кожух проходных отверстий рассеивателя отвода газового потока 9, кабельный наконечник 10, геофизический кабель 11.

На фиг.2 представлено сечение А-А секции заряда 1 с пропущенной через центральный канал секции заряда составной штангой 2. На сечении видна конфигурация центрального канала с развитой поверхностью.

Заряд включает секции заряда 1, изготовленные из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной средах, например из баллиститного ракетного твердого топлива. Секции заряда имеют центральный канал, конфигурация которого имеет форму с развитой поверхностью горения для обеспечения заданного времени горения и давления для гидроразрыва пласта (сечение А-А секции заряда 1, представленное на фиг.2). Оснастка включает детали для сбора секций заряда и детали, обеспечивающие стягивание секций вплотную друг к другу. Для сбора секций заряда используют составную штангу 2 (составленную из нескольких элементов). Использование составной штанги позволяет собирать заряд из разного количества секций и упростить доставку штанги на скважину. Штанга пропущена через центральный канал каждой секции заряда. Между секциями заряда установлены центрирующие кольца 6, по диаметру превышающие диаметр секций заряда, не позволяющие смещаться секциям зарядам относительно друг друга, и в случае изгиба штанги в наклонной скважине касаться стенок обсадной колонны. Кольца изготовлены таким образом, чтобы не менялась динамика горения заряда. С обоих концов к штанге, на которую собраны секции зарядов, присоединены конусы-центраторы для стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу. Конусы-центраторы имеют обтекаемую форму для снижения механической нагрузки на штангу. Их диаметр превышает диаметр секций заряда, что позволяет предохранять заряд от трения и ударов о колонну. Между нижним конусом-центратором и секциями заряда расположен рассеиватель 4 для отвода газового потока, образующегося при горении заряда с проходными отверстиями 5.

Центральный канал секций заряда (фиг.2) и внутренняя полость рассеивателя 4 представляют собой контейнер для доставки в интервал обработки вещества, например реагента, в твердом или в жидком, или в гелеобразном виде. Т.е. контейнер находится внутри заряда, а стенками контейнера служат центральный канал секций заряда и корпус рассеивателя.

В зависимости от поставленных геолого-технических задач, стоящих перед воздействием на пласт (например, очистка призабойной зоны пласта, развитие и углубление трещин в продуктивном пласте, снижение вязкости нефти, повышение проницаемости пласта и др.) осуществляют выбор вещества. Известен широкий круг реагентов, используемых для закачки в скважину. Доставка реагента в центральном канале секций заряда не только снижает количество используемого реагента, уменьшает вредное воздействие реагента на состояние скважины и экологию, а смешиваясь с горячими пороховыми газами, увеличивает эффективность воздействие на пласт. Так, чтобы очистить призабойную зону пласта можно выбрать, например, соляную, серную кислоту или смеси кислот. Кислоты используются в жидком виде. Чтобы развить и углубить трещины в продуктивном пласте можно выбрать, например, вещества с повышенным пенообразованием - поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые, смешиваясь с газообразными продуктами горения секций заряда, образуют пену высокого давления, которая, попадая в трещины пласта, развивает и углубляет их. Поверхностно-активные вещества могут быть как в твердом, так и в жидком или гелеобразном виде.

Чтобы снизить вязкость нефти можно использовать, например, солярку.

Для того, чтобы продлить эффект от воздействия на более длительный срок, чтобы созданные трещины в пласте не закрывались, контейнер заполняют, например, кварцевым песком для заполнения образовавшихся трещин проницаемым материалом.

Для обеспечения герметичности контейнера, места сочленения всех элементов контейнера выполнены герметично. Центрирующие кольца 6 герметизируют места сочленения секций заряда, отверстия рассеивателя 5 загерметизированы от внешней среды кожухом 9 или пробками, которые выбиваются газом, образованным при горении заряда. Между рассеивателем и секциями заряда установлены герметичные прокладки 7. Прокладки и центрирующие кольца выполнены таким образом, чтобы компенсировать линейное расширение заряда при высоких температурах в интервале обработки. Диаметр секций заряда, конфигурация центрального канала секции заряда и внутренний объем рассеивателя выполнены так, чтобы обеспечить доставку в интервал обработки пласта необходимого объема вещества. Если объем контейнера недостаточен, то между верхним конусом-центратором и секциями заряда устанавливают дополнительный рассеиватель. Увеличить объем контейнера можно, если рассеиватель выполнен так, что дополнительно добавлена цилиндрическая часть без проходных отверстий 8, с внутренним объемом, необходимым для доставки заданного количества вещества, а проходные отверстия расположены со стороны конусов-центраторов.

Устройство работает следующим образом. Устройство опускают в интервал перфорации. По команде оператора с наземного пульта производят запуск устройства подачей электрического тока по геофизическому кабелю 11 и по проводу питания на спираль узла воспламенения, находящегося на торце секции заряда. При температуре разогрева спирали, превышающей температуру вспышки заряда, заряд возгорается. Горение происходит по всей поверхности заряда - по наружной, торцевой и внутренней. При горении заряда образуется большое количество горячих газов, которые через рассеиватель 4 попадают в обсадную колонну и через перфорационные отверстия в пласт. При повышении давления в 1,5-1,8 раза выше горного (в зависимости от характеристик пласта) происходит разрыв пласта с образованием трещиноватости в призабойной зоне пласта, перетоку скважинной жидкости и горячих газов в образовавшиеся трещины. Вещество, находящееся в контейнере вместе с горячими газами, попадает в трещины и поры обрабатываемого пласта и оказывают дополнительное воздействие на пласт. А выбор вещества зависит от геолого-технических задач, стоящих перед обработкой: это могут быть реагенты, для очистки пласта, реагенты, позволяющие снизить вязкость нефти, увеличить проницаемости пласта, кварцевый песок для заполнения образовавшихся трещин проницаемым материалом и др.

После окончания работ металлическая оснастка поднимается из скважины и используется повторно.

Таким образом, предлагаемый заряд позволяет, в отличие от многих зарядов, используемых при воздействии на пласт, осуществить газогидравлическое воздействие с разрывом пласта и одновременно осуществить дополнительное воздействие на пласт, что увеличивает эффективность обработки и позволяет продлить эффективность воздействия по времени.

Список литературы

1. Прострелочно-взрывная аппаратура: Справочник / Л.Я. Фридляндер, В.А. Афанасьев, Л.С. Воробьев и др.; Под ред. Л.Я. Фридляндера, - 2-е изд. Перераб. и доп. - М.: Недра, 1990, Раздел 4.1. Пороховые генераторы давления, с.108.

2. Прострелочно-взрывная аппаратура: Справочник / Л.Я. Фридляндер, В.А. Афанасьев, Л.С. Воробьев и др.; Под ред. Л.Я. Фридляндера, - 2-е изд. Перераб. и доп. - М.: Недра, 1990, Раздел 4.1. Пороховые генераторы давления, с.109-112.

3. Патент на изобретение №2178072 «Заряд бескорпусный секционный для газогидравлического воздействия на пласт», Патентообладатель - Падерин М.Г., по заявке №2000126461 от 23.10.2000 г.