Заряд бескорпусный секционный для газогидравлического воздействия на пласт

ЗАРЯД БЕСКОРПУСНЫЙ СЕКЦИОННЫЙ ДЛЯ ГАЗОГИДРАВЛИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЛАСТ

Реферат:

Изобретение относится к средствам для добычи нефти. Обеспечивает возможность осуществления воздействия на пласт с его разрывом без нарушения целостности обсадной колонны и цементного камня. Сущность изобретения: устройство включает узел воспламенения и секции заряда. Они изготовлены из составов, обеспечивающих горение в водной, водонефтяной и кислотной средах. Устройство имеет одну или несколько воспламенительных секций для возгорания основных секций и оснастку с деталями для сбора секций заряда, пропущенных через центральный канал каждой секции, и детали, обеспечивающие стягивание секций вплотную друг к другу. Оснастка представляет собой составную штангу, пропущенную через центральный канал каждой секции. К обоим концам секции присоединены конусы- центраторы обтекаемой формы для стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу. Диаметр конусов-центраторов превышает диаметр секций заряда. Между секциями заряда установлены центрирующие кольца. Они превышают по диаметру диаметр секций заряда. При этом 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. При этом сумма проходных отверстий рассеивателя рассчитана таким образом, чтобы обеспечить минимальную нагрузку на штангу и обеспечить максимальное воздействие на пласт. Между верхним конусом и секциями заряда установлена пружина для упругого поджатия секций и компенсации линейного расширения заряда при высоких температурах в скважине. Секции заряда не имеют защитного покрытия. Это обеспечивает горение по всей поверхности заряда. Конфигурация центрального канала имеет форму с развитой поверхностью горения для обеспечения заданного времени горения и давления для гидроразрыва пласта. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к средствам для добычи нефти.

Одним из рациональных и эффективных методов воздействия на прискважинную зону продуктивного пласта с целью установления надежной гидродинамической связи скважины с пластом является разрыв пласта продуктами горения порохового заряда. Под воздействием давления жидкости и газа, равного или превышающего горное, горные породы необратимо деформируются. Способ разрыва пласта пороховыми газами основан на механическом, тепловом и химическом воздействии газов на горные породы и насыщающие их флюиды. С целью разрыва пласта и термогазохимического воздействия на его прискважинную зону применяют пороховые генераторы давления ПГД. БК-100М, ПГД. БК-150 и аккумуляторы давления АДС-5 [1] .

Известны пороховые аккумуляторы давления АДС-5 и АДС-6, различающиеся конструкцией порохового заряда. Пороховой заряд АДС-5 - бесканальный. Аккумулятор давления АДС-6 состоит из воспламеняющих и сгорающих пороховых зарядов. Пороховые заряды не имеют герметичной оболочки и находятся в контакте со скважинной жидкостью. На боковой поверхности пороховых зарядов находится диаметрально противоположные пазы, куда укладывают стальной канат, предназначенный для сборки и спуска гирлянды пороховых зарядов в скважину. С целью предохранения от ударов и трения об обсадную колонну пороховые заряды в нижней части снабжены поддоном, в верхней - обоймой. Нижняя обойма служит для установки нижнего порохового заряда [2] .

Аккумуляторы давления типа АДС медленногорящие и не создают давлений, превышающих горное, а используются для термогазохимической обработки пласта.

Известно устройство для разрыва пласта - генератор давления ПГД-БК-150 [3] . 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 загерметезирована 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 м, что может привести к разрушению обсадной колонны из-за перепада давления в скважине и заколонном пространстве, превышающей ее прочность.

В качестве прототипа выбрано устройство ПГД. БК - 100 М [4] . 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, прототип имеет все недостатки, что и ПГД - БК-150.

Предлагается заряд бескорпусный секционный для газогидравлического воздействия на пласт, включающий узел воспламенения 1, секции заряда, изготовленные из составов, которые обеспечивают горение в водной, водонефтяной, кислотной средах, например из баллиститного ракетного твердого топлива и оснастку. Одна или несколько секций - воспламенительные 2, а остальные, возгорающиеся от нее - основные 3. На торце воспламенительной секции имеется канавка 4, в которой размещен узел воспламенения 1, соединенный с проводом питания.

Оснастка включает детали для сбора секций заряда и детали, обеспечивающие стягивание секций вплотную друг к другу. Для сбора секций заряда используют составную штангу 5 (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 присоединены конусы-центраторы 7, 8, которые поджимают и стягивают секции 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 7 и секциями заряда расположен рассеиватель 9 для отвода газового потока, образующегося при горении заряда. Сумма проходных сечений отверстий рассеивателя рассчитана таким образом, чтобы обеспечить минимальную нагрузку на штангу и обеспечить максимальное воздействие на пласт. Между верхним конусом 8 и секциями заряда установлена пружина 10, предназначенная для упругого поджатия секций заряда и компенсации линейного расширения секций заряда при высоких температурах в скважине. К верхней части конуса 8 присоединена удлинительная составная штанга 11, служащая для уменьшения турбулентности газового потока, поднимающегося вверх, и снижения тепловой нагрузки на геофизический кабель 12, который через приборную головку 13 и кабельный наконечник 14 соединен с устройством. Такая сборка обеспечивает целостность конструкции при механических и температурных нагрузках в процессе горении заряда и его спуске в скважину.

Секции заряда не имеют защитного покрытия, поэтому горение заряда осуществляется по всей поверхности заряда. Конфигурация центрального канала имеет форму с развитой поверхностью горения, что обеспечивает заданное время горения и давление, необходимое для гидроразрыва пласта.

На кабеле закреплен измерительный блок 15, предназначенный для регистрации параметров давления, температуры, времени горения заряда, включающий локатор муфт для привязки по глубине места установки прибора в скважине.

Наземный пульт включает систему для защиты заряда от несанкционированного инициирования на земной поверхности и блокирования поджига заряда при атмосферном давлении.

Устройство работает следующим образом. Устройство опускают в интервал перфорации. Для привязки по глубине используется локатор муфт, находящийся в измерительном блоке 15. По команде оператора с наземного пульта производят запуск устройства подачей электрического тока по геофизическому кабелю 12 и по проводу питания на спираль узла воспламенения 1, находящегося на торце воспламенительной секции заряда. При температуре разогрева спирали, превышающей температуру вспышки заряда, возгорается воспламенительная секции 2, от нее - примыкающие к ней основные секции 3, от которых возгораются остальные основные секции заряда. Горение происходит по всей поверхности заряда - по наружной, торцевой и внутренней. По результатам стендовых испытаний, при гидростатическом давлении 10 МПа, время воспламенения всей поверхности заряда не превышает 0,1 с. При увеличении гидростатического давления и температуры среды время воспламенения уменьшается. При горении заряда образуется большое количество горячих газов, которые через рассеиватель 9 попадают в обсадную колонну. Горячие пороховые газы поднимают столб скважинной жидкости вверх, но так как в обсадной колонне, заполненной до устья, столб скважинной жидкости имеет большую массу, то за счет инертности, то он играет роль пакера. Поэтому горение происходит аналогично горению в замкнутом объеме, что приводит к резкому повышению давления в обсадной колонне в интервале обработки. 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. Горячие пороховые газы поднимают столб скважинной жидкости вверх до тех пор, пока их давление не выравняется с гидростатическим давлением. После чего столб жидкости падает вниз, что сопровождается гидроударом и затухающими колебаниями столба жидкости, увеличивая полученный эффект.

Контроль за работой устройства и оценку его воздействия на пласт осуществляют при помощи непрерывно регистрируемых графиков давления и температуры во времени, которая осуществляется с помощью измерительного блока 15. Информация из измерительного блока поступает в наземный пульт, который включает систему, защищающую заряд от несанкционированного инициирования на земной поверхности. Поджиг заряда может осуществиться при давлении, в несколько раз превышающим атмосферное, т. е. когда заряд находится в скважине. 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, не нарушая целостность обсадной колонны и цементного камня. Применение предлагаемой оснастки заряда обеспечивает прочность заряда при механических и температурных нагрузках. Кроме того, оснастка не остается в скважине, а может использоваться повторно. Использование удлинительной штанги снижает воздействие турбулентного потока и снижает вероятность перехлеста кабеля. Применение секций заряда не покрытых защитным слоем позволяет заряду возгораться со всех сторон - с торцевой, наружной и внутренней, что сокращает время его сгорания. Конфигурация центрального канала имеет форму с развитой поверхностью горения, что обеспечивает заданное время горения и давление, необходимое для гидроразрыва пласта. Так, при массе предлагаемого заряда в два раза меньшей веса ПГД. БК. 100М средняя поверхность горения его превышает среднюю поверхность горения ПГД. БК. 100М в 3 раза и, соответственно, время горения предлагаемого заряда более чем в 3 раза меньше, а газоприход более чем в 3 раза больше. Это приводит к нарастанию давления, превышающего предел прочности горных пород, образованию в них трещин и соответственно увеличению эффективной проницаемости. За время сгорания заряда столб скважинной жидкости поднимается на высоту на порядок меньшую, чем при сгорании ПГД. БК, и давление в заколонном пространстве на уровне подъема жидкости, переданное через перфорационные отверстия, практически совпадает с давлением в колонне и, следовательно, исключает разрыв колонны.

Использование измерительного блока позволяет осуществить контроль за работой устройства, временем горения заряда.

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. Пороховые генераторы и аккумуляторы давления, стр. 107-108.

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 4.2. Пороховые аккумуляторы давления, стр. 112-114.

3. 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. стр. 108.

4. 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, стр. 109-112.

Формула изобретения

1. 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, оснастку с деталями для сбора секций заряда, пропущенных через центральный канал каждой секции, и детали, обеспечивающие стягивание секций вплотную друг к другу, отличающийся тем, что оснастка представляет собой составную штангу, пропущенную через центральный канал каждой секции, к обоим концам которой присоединены конусы-центраторы обтекаемой формы для стягивания и поджатия секций заряда вплотную друг к другу, диаметр конусов-центраторов превышает 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, между верхним конусом и секциями заряда установлена пружина для упругого поджатия секций и компенсации линейного расширения заряда при высоких температурах в скважине, секции заряда не имеют защитного покрытия, для осуществления горения по всей его поверхности, конфигурация центрального канала имеет форму с развитой поверхностью горения для обеспечения заданного времени горения и давления для гидроразрыва пласта.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для регистрации параметров давления, температуры, времени горения заряда и привязки по глубине места установки прибора в скважине на кабеле закреплен измерительный блок.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что наземный пульт включает систему для защиты заряда от несанкционированного инициирования на земной поверхности и блокирования поджига заряда при атмосферном давлении.