устройство для обработки призабойной зоны скважины

Формула изобретения

Устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее воздушную камеру с атмосферным давлением и приемную камеру, выполненную из легкого упругопластичного материала, разрушаемого по мере сгорания размещенного в ней твердого композиционного материала, состоящего из двух частей: первой части, обращенной к воздушной камере и сформированной из прочной с малогазовым выделением при сгорании композиции, и второй части, сформированной из газогенерирующего при сгорании композиции с прочностью, превышающей забойное давление, и включающей, мас.%:

Аммиачная селитра гранулированная марки Б	70-74
Бихромат калия	3-5
Эпоксидная смола марки ЭД-20	19,5-21,5
Пластификатор марки ЭДОС	1,5-2,0
Отвердитель Агидол марки АФ-2М	3,5-4,5

отличающееся тем, что первая часть сформирована из композиции, содержащей те же компоненты, что и композиция второй части, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аммиачная селитра гранулированная марки Б	45-46
Бихромат калия	1-2
Эпоксидная смола марки ЭД-20	40-42
Пластификатор марки ЭДОС	2-3
Отвердитель Агидол марки АФ-2М	9-10

с возможностью воспламенения от сгораемой композиции второй части, и в виде твердого однородной структуры цилиндрического монолитного материала, закрепленного радиально расположенными металлическими штырьками неподвижно относительно корпуса приемной камеры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к устройствам для повышения производительности скважин путем обработки призабойной зоны.

Известно имплозионное устройство, включающее герметичную воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму с взрывным патроном и приемную камеру. Устройство спускают в скважину с помощью кабель-троса и устанавливают в интервале обработки пласта. После подачи через кабель-трос электрического импульса срабатывает взрывной патрон, разрушающий диафрагму, которая отделяет воздушную (имплозионную) камеру от приемной. В результате создается поток жидкости из пласта в скважину /Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник под ред. Фридляндера Л.Я. М.: Недра, 1990, с.181-184/.

Преимуществом устройства является то, что разрушение диафрагмы с использованием в самом устройстве взрывного патрона позволяет устранить дополнительную операцию по созданию избыточного давления с помощью продавочного агрегата на устье скважины для разрушения диафрагмы.

Недостатком устройства является то, что при эксплуатации его создается повышенная опасность, связанная с использованием для разрушения диафрагмы в устройстве взрывчатого вещества в патроне из-за его чувствительности к взрыву при механических воздействиях. Кроме того, к недостаткам устройства относится низкая эффективность обработки призабойной зоны скважины, т.к. при его работе в процессе имплозии не происходит вынос отложений из пор пласта типа парафина, смол и асфальтена, имеющих высокую вязкость и адгезию к поверхности пор пород, что не обеспечивает полноты очищения пор в призабойной зоне пласта от загрязнений.

Известно устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму и приемную камеру, в полости которой размещен сгораемый твердый композиционный материал, состоящий из двух частей. Первая часть обращена к воздушной камере и сформирована из прочной с малогазовым выделением при сгорании композиции; вторая часть сформирована из газогенерирующей при сгорании композиции. В качестве последней предлагается состав на основе гранулированной аммиачной селитры и эпоксидной смолы при следующих соотношениях компонентов, мас.%:

1. Аммиачная селитра гранулированная марки Б, ГОСТ 2-85	72
2. Бихромат калия технический ГОСТ 2652-78	5
3. Эпоксидная смола марки ЭД-20 с отвердителем
полиэтиленполиамином (ПЭПА) в соотношении 10:1	23

При этом в первой части со стороны, которая обращена к второй части, выполнена осесимметричная полость, заполненная смесью первой и второй частей, а на участке расположения второй части сгораемого материала по боковой поверхности корпуса приемной камеры выполнены загерметизированные отверстия /См. Патант РФ №2075597, кл. Е21В 43/25, опубл. 20.03.97, Бюл. №8/. В качестве прочной и с малогазовым выделением при сгорании композиции, представляющей первую часть сгораемого материала, использована смесь на основе железоалюминиевого термита при следующих соотношениях компонентов (мас.%):

1. Термит железоалюминиевый марки Т-СВ-2 (ТУ МТ-144-62)	62
2. Азотнокислый барий (ГОСТ 3771-65)	30
3. Алюминий марки АСД-1 (ГОСТ 6058-73)	3
4. Эпоксидная смола марки ЭД-20 ГОСТ 10587 с отвердителем
ПЭПА (СТУ-49-2529-62) в соотношении 10:1	5

Смесь же композиции первой и второй частей сгораемого композиционного материала, заполняемая в полость первой части композиции, взята в массовом соотношении 60:40.

Полость в первой части, со стороны обращенной к второй части, сгораемого композиционного материала выполнена в связи с ненадежностью воспламенения первой части из смеси на основе железоалюминиевого термита от продуктов сгорания второй части из газогенерирующего композиционного материала. Для устранения этого недостатка полость заполнена смесью композиции первой и второй частей, которая, являясь переходной смесью, воспламеняется от продуктов сгорания композиции второй части.

Преимуществом этого устройства является размещение в приемной камере сгораемого твердого композиционного материала, за счет тепла продуктов сгорания которого происходит нагрев, расплавление и снижение адгезии к порам пласта отложений типа парафинов, смол и асфальтенов, а также вынос этих отложений за счет имплозионного эффекта при срабатывании воздушной камеры.

Недостатком известного устройства является сложность и дороговизна выполнения корпуса приемной камеры, связанные с необходимостью формирования на боковой поверхности корпуса многочисленных отверстий, которые после снаряжения приемной камеры сгораемым материалом должны быть загерметизированы. Из-за случаев преждевременного нарушения в забое скважины герметичности отверстий в корпусе приемной камеры снижается эффективность, в частности успешность обработки (т.е. отношение успешно обработанных скважин к общему числу обработок).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее воздушную камеру с атмосферным давлением и приемную камеру, выполненную из легкого упругопластичного материала, разрушаемого по мере сгорания размещенного в нем твердого композиционного материала, состоящего из двух частей: первой части, обращенной к воздушной камере и сформированной из прочной с малогазовым выделением при сгорании композиции, с осесимметричной полостью, выполненной со стороны, обращенной к второй части и заполненной смесью первой и второй частей, и второй части, сформированной из газогенерирующего при сгорании твердого композиционного материала с прочностью, превышающей забойное давление. Композиция второй части включает гранулированную аммиачную селитру, бихромат калия, эпоксидную смолу, пластификатор марки ЭДОС и отвердитель Агидол марки АФ-2 М при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Аммиачная селитра гранулированная марки Б	70-74
Бихромат калия	3-5
Эпоксидная смола марки ЭД-20	19,5-21,5
Пластификатор марки ЭДОС	1,5-2,0
Отвердитель Агидол марки АФ-2М	3,5-4,5

/Патент РФ №2138630, кл. 6 Е21В 43/18, опубл. 27.09.1999, Бюл. №27/

В качестве прочной и с малогазовым выделением при сгорании композиции, составляющей первую часть сгораемого композиционного материала, в устройстве - прототипе, как и в устройстве-аналоге, предлагается материал на основе железоалюминиевого термита рецептуры, мас.%:

Термит железоалюминиевый
марки Т-СВ-2 ТУМТ-144-62	61-63
Азотнокислый барий ГОСТ 3771-65	29-31
Алюминий марки АСД-1 ГОСТ 6058-73	2,9-3,1
Эпоксидная смола марки ЭД-20 ГОСТ 10587-84
с отвердителем полиэтиленполиамином
СТУ-49-2529-62 в соотношении 10:1	4,8-5,2

В связи с низкой воспламеняемостью первой части сгораемого композиционного материала на основе железоалюминиевого термита в ней выполнена осесимметричная полость, заполненная смесью композиций первой и второй частей, взятых в массовом соотношении 60:40. Эта смесь надежно воспламеняется от газообразных продуктов сгорания второй части твердого композиционного материала и, в свою очередь, надежно воспламеняет материал первой части.

В качестве сплошного легкого упругопластичного материала корпуса приемной камеры, разрушаемого по мере сгорания твердого композиционного материала, использована труба, например, из полихлорвинила.

Преимуществом устройства-прототипа является выполнение материала корпуса приемной камеры из легкого упругопластичного материала, разрушаемого по мере сгорания размещенного в нем твердого композиционного материала с прочностью, превышающей забойное давление. Это позволяет повысить герметичность корпуса приемной камеры, повысить герметичность корпуса приемной камеры, упростить и удешевить стоимость его изготовления.

Недостатком устройства-прототипа является сложность конструкции (структуры) и выполнения первой части сгораемого композиционного материала, состоящей из различных элементов, выполненных из материалов разных композиций и различной формы (цилиндро-коническая с полостью и цилиндрическая). Другим недостатком устройства является возможность в процессе работы устройства сдвига и последующего преждевременного разрушения материала первой части, что приведет соответственно к преждевременному срабатыванию воздушной камеры и снижению эффективности применения устройства. Это связано с тем, что величина давления срабатывания воздушной камеры зависит не только от прочности самого твердого композиционного материала первой части, служащей одновременно диафрагмой-заглушкой, но и от величины адгезионной прочности материала первой части к материалу корпуса приемной камеры. Указанная адгезионная прочность в устройстве-прототипе может быть недостаточной при высоком давлении в забое, особенно при отсутствии приемистости пласта, в процессе сгорания второй части композиционного материала устройства.

В предлагаемом изобретении решается задача упрощения конструкции, формы и материала первой части, повышения прочностных характеристик первой части, а также упрощения связи между первой и второй частями сгораемых композиций, снаряженных в приемную камеру и способствующих повышению надежности и эффективности обработки скважины.

Задача решается тем, что в устройстве для обработки призабойной зоны скважины, включающем воздушную камеру с атмосферным давлением и приемную камеру, выполненную из легкого упругопластичного материала, разрушаемого по мере сгорания размещенного в ней твердого композиционного материала, состоящего из двух частей: первой части, обращенной к воздушной камере и сформированной из прочной с малогазовым выделением при сгорании композиции, и второй части, сформированной из газогенерирующего при сгорании композиционного материала с прочностью, превышающей забойное давление, и включающего гранулированную аммиачную селитру, бихромат калия, эпоксидную смолу, пластификатор марки ЭДОС и отвердитель Агидол марки АФ-2М при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аммиачная селитра гранулированная марки Б	70-74
Бихромат калия	3-5
Эпоксидная смола марки ЭД-20	19,5-21,5
Пластификатор марки ЭДОС	1,5-2,0
Отвердитель Агидол марки АФ-2М	3,5-4,5

согласно изобретению первая часть твердого композиционного материала, обращенная к воздушной камере и сформированная из прочной с малогазовым выделением при сгорании композиции, выполнена из единого твердого композиционного материала и тех же компонентов, что и твердого композиционного материала второй части при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Аммиачная селитра гранулированная марки Б	45-46
Бихромат калия	1-2
Эпоксидная смола марки ЭД-20	42-40
Пластификатор марки ЭДОС	3-2
Отвердитель Агидол марки АФ-2М	9-10

с возможностью воспламенения от последней и в виде однородной структуры монолитного материала, закрепленного неподвижно радиально расположенными металлическими штырьками относительно корпуса приемной камеры.

Предлагаемое устройство изображено на чертеже и включает подсоединенную к кабельной головке 1 воздушную камеру 2, заканчивающуюся приемной камерой 3. В последней размещается сгораемый твердый композиционный материал, состоящий из двух частей. Первая часть 4 сгораемого твердого композиционного материала, обращенная к воздушной камере 2, сформирована из прочной с малогазовым выделением при сгорании композиции в виде единого твердого материала и из тех же компонентов, что и твердого композиционного материала второй части. Первая часть представляет, таким образом, однородной структуры цилиндрический монолитный материал, закрепленный неподвижно радиально расположенными металлическими штырьками 8 относительно корпуса приемной камеры 3. Вторая часть 5, представляющая газогенерирующую при сгорании композицию с прочностью, превышающей забойное давление, размещена в корпус 7 приемной камеры 3, изготовленной из легкого упругопластичного материала, способного разрушаться по мере сгорания газогенерирующей композиции 5. На нижнем торце сгораемой композиции второй части 5 расположен воспламенитель 6. Устройство работает следующим образом. С помощью подсоединяемого к кабельной головке 1 кабель-троса устройство спускают на забой скважины и устанавливают приемную камеру 3 напротив обрабатываемого интервала пласта. С устья скважины через кабель-трос подают электрический импульс на воспламенитель 6 второй части 5 сгораемого твердого композиционного материала. После воспламенения и в процессе послойного горения газогенерирующей композиции второй части 5 образуются газообразные продукты и повышенное давление. При этом также послойно сгорает корпус 7, в который размещен композиционный материал второй части. Нагретые газы при повышенном давлении проникают в поры и трещины призабойной зоны, расплавляя находящиеся в них загрязнения в виде парафин- и асфальтеносмолистых отложений. С малогазовым выделением при сгорании композиция первой части 4 способна воспламеняться от продуктов сгорания газогенерирующей композиции второй части 5. Благодаря выполнению композиции первой части в виде однородной структуры монолитного цилиндрического материала из единой композиции и из тех же компонентов, что и композиции второй части 5, обеспечивается более надежное воспламенение и более равномерное послойное горение композиции первой части, а благодаря закреплению ее неподвижно радиально расположенными металлическими штырьками 8 относительно корпуса приемной камеры полностью предотвращается возможность сдвига первой части относительно ее корпуса и возможность последующего за этим растрескивания материала первой части, приводящие к преждевременному срабатыванию воздушной камеры. При такой конструкции устройства давление срабатывания воздушной камеры зависит только от прочности и толщины слоя материала первой части. Ввиду того что последняя обладает прочностью на сжатие не менее 80 МПа, т.е. значительно большей, чем давления (не более 40 МПа), развивающиеся в забое при сгорании композиции второй части, срабатывание воздушной камеры происходит при минимальной, неохваченной сгоранием, толщине слоя композиции первой части, в 5-6 раз меньше, чем исходная толщина слоя этой композиции. Это позволяет надежно и успешно осуществлять срабатывание воздушной камеры вне зависимости от величины развивающегося в забое давления как в одной и той же скважине, так и при переходе обработки призабойной зоны от одной скважины к другой. К моменту раскрытия воздушной камеры 2 за счет сгорания прочной композиции первой части 4 газообразные продукты, образованные при сгорании композиции второй части 5, вытесняются из области приемной камеры скважинной жидкостью, которая в основном и устремляется в воздушную камеру, т.к. выполняющая роль диафрагмы-заглушки композиция первой части выполнена из малогазового при сгорании материала.

За счет потока жидкости из скважины в воздушную камеру в забое создается резкое снижение давления (имплозия) и загрязнения в виде предварительно расплавленных парафино- и асфальтеносмолистых отложений выносятся из призабойной зоны скважины.

В предлагаемом изобретении в качестве первой части твердого композиционного материала используется единый твердый композиционный материал, состоящий из тех же компонентов, что и твердого композиционного материала второй части, отличающийся от последней только соотношением компонентов. Это позволяет упростить конструкцию, форму и сгораемый материал первой части, выполняя ее в виде однородной структуры монолитного цилиндрического элемента. Прочность материала первой части, как показали испытания, составляет 80-100 МПа, что превышает прочность материала первой части устройства-прототипа. При содержании аммиачной селитры в композиции первой части в минимальных пределах, равных 45-46 мас.%, обеспечивается с одной стороны достаточно надежное и устойчивое сгорание композиции, а с другой - позволяет повысить содержание, определяющих прочность твердого композиционного материала таких компонентов, как эпоксидная смола, отвердитель и пластификатор. За счет существенного повышения последних, по сравнению с композицией второй части, достигается наибольшая прочность материала этой композиции. Следует отметить, что при этом плотность предлагаемого композиционного материала первой части будет несколько ниже (1,40 г/см³ ), чем плотность твердого композиционного материала второй части (1,48 г/см³). Это связано с меньшим содержанием более плотного (1,72 г/см³), но менее прочного компонента - гранулированной аммиачной селитры в композиции материала первой части. При сгорании материала первой части выделяется значительно меньшее количество (около 450 л/кг) газообразных продуктов, что способствует более эффективному потоку скважинной жидкости в имплозионную камеру после ее срабатывания.

Благодаря закреплению материала первой части радиально расположенными металлическими штырьками неподвижно относительно корпуса приемной камеры полностью предотвращается в скважинных условиях возможность сдвига первой части и преждевременного срабатывания воздушной камеры. Количество и размеры металлических штырьков рассчитываются таким образом, чтобы обеспечить общую прочность на сдвиг первой части относительно корпуса приемной камеры не менее 100 МПа.

Таким образом, предложенный в изобретении комплекс отличительных признаков устройства, включающий выполнение первой части из единого твердого композиционного материала и из тех же компонентов, что и твердого композиционного материала второй части, отличаясь от последней только соотношением компонентов, закрепление первой части неподвижно металлическими штырьками относительно корпуса приемной камеры с возможностью воспламенения от сгораемого материала второй части, формируя первую часть в виде однородной структуры монолитного цилиндрического материала - все это позволяет упростить конструкцию, композицию и изготовление первой части твердого композиционного материала и, в конечном итоге, повысить надежность и успешность работы устройства.

Пример конкретного выполнения

Устройство для обработки призабойной зоны скважины состоит из воздушной (имплозионной) камеры 2, выполненной из стандартной насосно-компрессорной трубы диаметром 73 мм и длиной 8 м, а также присоединенной к ней приемной камеры 3 из сплошной полихлорвиниловой трубы длиной 1,4 м с толщиной стенки 4 мм. Приемная камера 3 с внутренним диаметром 66 мм снаряжена сгораемым твердым композиционным материалом, состоящим из двух частей: прочной сгораемой композиции первой части 4, выполненной из единой композиции и тех же компонентов смеси, что и смесь композиций второй части. При этом смесь композиции первой части состоит из следующего соотношения компонентов, мас.%:

Аммиачная селитра гранулированная марки Б	46
Бихромат калия	2
Эпоксидная смола ЭД-20	41
Пластификатор марки ЭДОС	2
Отвердитель Агидол марки АФ-2М	9

и представляет однородной структуры монолитный, с прочностью на сжатие 90 МПа, материал, закрепленный неподвижно радиально расположенными металлическими штырьками 8, высотой 90 мм, плотностью 1,40 г/см³ и массой 0,5 кг. Вторая часть 5 состоит из газогенерирующей при сгорании композиции на основе гранулированной аммиачной селитры и эпоксидной смолы ЭД-20 с плотностью 1,48 г/см³, высотой 900 мм и массой 5 кг. При этом использована смесь при следующем содержании компонентов, мас.%:

Аммиачная селитра гранулированная марки Б	72
Бихромат калия	3
Эпоксидная смола ЭД-20	20
Пластификатор марки ЭДОС	1,5
Отвердитель Агидол марки АФ-2М	3,5

Воспламенитель 6 второй части 5 сгораемого твердого композиционного материала состоит из нихромовой спирали диаметром проволоки 0,1-0,15 мм, длиной 80-100 мм. Открытый торец второй части 5 сгораемого твердого композиционного материала и воспламенителя 6 покрыт герметизирующим слоем эпоксидного клея толщиной 2 мм и слоем герметика на основе тиокола толщиной 15 мм. Устройство спускают на кабель-тросе, подсоединенном к кабельной головке 1, на забой скважины и устанавливают приемную камеру 3 в область интервала обрабатываемого пласта. С устья скважины через кабель-трос подают электрический импульс на воспламенитель 6 второй части 5 сгораемого твердого композиционного материала - газогенерирующей композиции. После воспламенения, послойного горения сгораемого твердого композиционного материала и открытия воздушной камеры 2 устройство извлекают из скважины. В результате обработки дебит скважины восстанавливается до проектного уровня. Применение предложенного устройства позволяет повысить коэффициент успешности, продуктивность скважины, упростить и снизить стоимость изготовления устройства.