Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ СКВАЖИНЫ

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может найти применение при создании устройств для обработки призабойной зоны скважины.

Известно устройство для обработки призабойной зоны скважины, включающее герметичную камеру из металлического корпуса, заполненного воздухом под атмосферным давлением. В нижней части корпус закрыт мембраной, закрепляемой с помощью приемной камеры-ниппеля. Верхний торец корпуса камеры герметизирован заглушкой-переходником, позволяющим произвести спуск устройства в скважину на насосно-компрессорных трубах. Устройство устанавливают нижней частью напротив обрабатываемого пласта. Затем путем закачки в скважину продавочной жидкости из агрегата на устье создают давление, разрушающее мембрану. Скважинная жидкость мгновенно устремляется внутрь воздушной (имплозионной) камеры с атмосферным давлением, создавая имплозию (депрессию) на забое. Это приводит к интенсивному движению жидкости из пласта в скважину, способствуя очистке призабойной зоны пласта от загрязнений-отложений парафина, смол, твердых частиц и т.д. С другой стороны, после создания имплозии столб скважинной жидкости подает к забою, и образуется гидравлический удар, который способствует расширению имеющихся и образованию новых трещин в призабойной зоне пласта и, в конечном итоге, повышению ее коллекторских свойств (1).

Недостатком работы устройства является трудность выноса в процессе имплозии закупоривающих поры пласта отложений парафина, смол и асфальтенов, имеющих высокую вязкость и адгезию к поверхности пор породы, что приводит к недостаточному очищению пор пласта в призабойной зоне от загрязнений. Кроме того, при работе с устройством возникают трудности, снижающие производительность работ, связанные с необходимостью дополнительного привлечения к работе с устройством продавочного агрегата на устье скважины для создания на забое скважины избыточного давления разрыва мембраны.

Известно имплозионное устройство, включающее герметичную воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму с взрывным патроном и приемную камеру. Устройство спускают в скважину с помощью кабеля-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 создаются поток жидкости из пласта в скважину (2).

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.

К недостаткам устройства относится то, что при его работе не устраняется трудность выноса в процессе имплозии отложений в порах 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. Кроме того, недостатком устройства является также 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.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является 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, обращенная к воздушной камере, сформирована из прочной и с малогазовым выделением при сгорании композиции, имеющей со стороны, обращенной к второй части, полость, заполненную смесью композиций первой и второй частей. Последняя снаряжена материалом и газогенерирующей при сгорании композиции, на участке расположения которой по боковой поверхности корпуса приемной камеры выполнены предварительно загерметизированные отверстия (3).

Недостатком известного устройства является невысокая эффективность обработки призабойной зоны скважины. Коэффициент успешности применения устройства невысок из-за преждевременного нарушения на забое скважины герметичности приемной камеры со сгораемым твердым композиционным материалом. Кроме того, приемная камера сложна в изготовлении, высока ее стоимость.

В изобретении решается задача повышения эффективности применения устройства, в частности, коэффициента успешности повышения продуктивности скважины за счет повышения надежности герметизации приемной камеры и за счет повышения прочности сгораемого твердого композиционного материала, а также упрощение и снижение стоимости изготовления корпуса приемной камеры.

Задача решается тем, что в устройстве для обработки призабойной зоны скважины, включающем воздушную камеру с атмосферным давлением, диафрагму и приемную камеру со сгораемым твердым композиционным материалом, состоящим из двух частей: первой части, обращенной в воздушной камере и сформированной из прочной с малогазовым выделением при сгорании композиции, с осесимметричной полостью, заполненной смесью первой и второй частей, выполненной в первой части со стороны, обращенной к второй части, и второй части, сформированной из газогенерирующей по мере сгорания композиции, согласно изобретению, приемная камера выполнена из сплошного легкого упругопластичного материала, разрушаемого при сгорании размещенного в ней твердого композиционного материала, а вторая часть сгораемого твердого композиционного материала выполнена с прочностью, превышающей забойное давление.

В качестве второй части сгораемого твердого композиционного материала с прочностью, превышающей забойной давление, использован материал, включающий гранулированную аммиачную селитру, бихромат калия, эпоксидную смолу, пластификатор марки ЭДОС и отвердитель Агидол марки АФ-2М при следующем соотношении компонентов, вес.%:
аммиачная селитра гранулированная марки Б ГОСТ 2-85-72 - 70 - 74
бихромат калия технический ГОСТ 2652-78 - 3 - 5
эпоксидная смола ЭД-20 - 19,5 - 21,5
пластификатор марки ЭДОС ТУ 2493-003-13004749-93 - 1,5 - 2,0
отвердитель Агидол марки АФ-2М ТУ 38.302-16-378-90 - 3,5 - 4,5
В качестве сплошного легкого упругопластичного материала, разрушаемого по мере сгорания твердого композиционного материала, использована труба из полихлорвинила, полипропилена или полиэтилена высокой плотности.

Признаками изобретения являются:
1. герметичная воздушная камера с атмосферным давлением;
2. диафрагма;
3. приемная камера со сгораемым твердым композиционным материалом, состоящим из двух частей;
4. первая часть, обращенная к воздушной камере и сформированная из прочной с малогазовым выделением при сгорании композиции;
5. вторая часть, сформированная из газогенерирующей при сгорании композиции;
6. осесимметричная полость, заполненная смесью первой и второй частей, выполненная в первой части со стороны, обращенной к второй части;
7. выполнение приемной камеры из сплошного легкого упругопластичного материала, разрушаемого по мере сгорания размещенного в ней твердого композиционного материала;
8. выполнение второй части сгораемого твердого композиционного материала с прочностью, превышающей забойной давление;
9. использование в качестве второй части сгораемого твердого композиционного материала с прочностью, превышающей забойное давление, материала, включающего гранулированную аммиачную селитру, бихромат калия, эпоксидную смолу, пластификатор марки ЭДОС и отвердитель Агидол марки АФ-2М;
10. соотношение компонентов сгораемого твердого композиционного материала;
11. использование в качестве сплошного легкого упругопластичного материала, разрушаемого при сгорании твердого композиционного материала, трубы из полихлорвинила, полипропилена или полиэтилена высокой плотности.

Признаки 1 - 6 являются общими с прототипом, признаки 7, 8 являются существенными отличительными признаками изобретения, признаки 9 - 11 являются частными признаками изобретения.

Сущность изобретения
При работе нефтедобывающих скважин происходит постепенное снижение продуктивности за счет кольматации призабойной зоны. Предложенное устройство позволяет решать задачу очистки призабойной зоны от кольматирующих элементов и тем самым увеличения продуктивности скважины.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство 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 и с малогазовым выделением при сгорании композиции, имеющей со стороны, обращенной к второй части 5 сгораемого твердого композиционного материала, полость 6, заполненную смесью композиции первой и второй частей 7. Корпус 8 приемной камеры 3 изготовлен из сплошного легкого пластмассового упругопластичного материала, способного разрушаться при сгорании размещенного в корпусе 8 прочного твердого композиционного материала 4 и 5. На нижнем торце второй части 5 сгораемого твердого композиционного материала расположен воспламенитель 9. Вторая часть 5 сгораемого твердого композиционного материала выполнена из газогенерирующей композиции.

Устройство работает следующим образом.

Устройство спускают на кабель-тросе (на чертеже не показан), подсоединенном к кабельной головке 1 на забой скважины, и устанавливают приемную камеру 3 напротив интервала обрабатываемого пласта. С устья скважины через кабель-трос подают электрический импульс на воспламенитель 9 второй части 5 сгораемого твердого композиционного материала - газогенерирующей композиции. После воспламенения и послойного горения газогенерирующей композиции 5 образуются газообразные продукты и давление. При этом также послойно сгорает и корпус 8 приемной камеры 3, изготовленный из сплошного легкого пластмассового упругопластичного материала. Нагретые газы создают в области интервала обработки повышенное давление и проникают в поры и трещины призабойной зоны, расплавляя находящиеся в них загрязнения в виде парафин- и асфальтеносмолистых отложений. Газогенерирующая композиция 5 в конце сгорания воспламеняет прочную, с малогазовым выделением при сгорании композицию 4, в также расположенную в ее полости 6 смесь композиции первой 4 и второй 5 частей 7 сгораемого материала. Благодаря смеси композиций 7 в полости 6 обеспечивается более полное, одновременное и надежное воспламенение композиции первой части 5 сгораемого твердого композиционного материала, что в конечном итоге соответственно приводит к более полному и одновременному раскрытию по сечению приемной 3 и воздушной 2 камер. К моменту раскрытия воздушной камеры 2 за счет сгорания прочной малогазовой (при сгорании) композиции материала 4 (первая часть), газообразные продукты, образованные при сгорании второй части 5 сгораемого материала, вытесняются из приемной камеры 3 скважинной жидкостью, заполняющей приемную камеру 3 через ее нижний открытый торец. После раскрытия воздушной камеры 2 в нее устремляется практически только поток скважинной жидкости, т. к. выполняющая роль прочной заглушки композиция (первая часть) 4 выполнена из малогазового при сгорании материала.

За счет потока жидкости из скважины в воздушную камеру 2 на забое создается резкое снижение давление (имплозия). Загрязнения в виде парафино- и асфальтеносмолистых отложений, предварительно расплавленных, более полно выносятся из призабойной зоны скважины.

В качестве прочной и с малогазовым выделением при сгорании композиции 4 (первая часть сгораемого композиционного материала) в устройстве предлагается материал на основе железоалюминиевого термита следующей 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.

При сгорании этого состава в основном выделяются твердые продукты и лишь в незначительном количестве газообразные продукты, что обеспечивает более эффективный поток жидкости в имплозионную камеру после сгорания указанного состава композиции, играющей главным образом роль диафрагмы-заглушки. Поэтому эта композиция, кроме способности к сгоранию и таким образом - к раскрытию воздушной камеры, должна обладать необходимой прочностью, способной выдержать перепад давления между атмосферным давлением в воздушной камере и забойным давлением в скважине. Железоалюминиевый термит в композиции в прессованном виде является основным компонентом, придающий ей прочность. Однако термит в прессованном виде трудно воспламеняется, поэтому в составе композиции азотнокислый барий является окислителем, повышающим воспламеняемость термита. Мелкодисперсный алюминий марки АСД-1 является горючей добавкой, вызывающей наиболее активную реакцию разложения азотнокислого бария. Эпоксидная смола с отвердителем является горючим цементатором, придающим составу прессуемость и после отверждения - общую прочную структуру. Прочная композиция состава достигается при указанном выше соотношении компонентов и при формировании ее с плотностью 2,40 г/см³ с прочностью на сдвиг, равной 60 кг/см. С другой стороны, эта композиция при указанных характеристиках способна к процессу сгорания, а при соответствующих условиях - к надежному воспламенению.

В качестве газогенерирующей при сгорании композиции (вторая часть сгораемого твердого композиционного материала) в устройстве предлагается состав на основе гранулированной аммиачной селитры и эпоксидной смолы, при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
аммиачная селитра гранулированная марки Б - 70 - 74
бихромат калия - 2 - 4
эпоксидная смола ЭД-20 - 19 - 20
пластификатор марки ЭДОС - 1,3 - 1,7
отвердитель Агидол марки АФ-2М - 3,7 - 4,3
Предложенная рецептура позволяет получить материал второй части 5 сгораемого композиционного материала, имеющей наибольшую прочность. При меньших и больших весовых долях содержания пластификатора ЭДОС и отвердителя Агидол значения прочности материала второй части 5 сгораемого твердого композиционного материала снижаются. Достигнутая прочность материала второй части 5 сгораемого твердого композиционного материала, в два раза превышающая прочность этого материала по прототипу, позволила выполнить корпус 8 приемной камеры 3 из легкого упругопластичного материала, в частности из полихлорвиниловой трубы, вместо металлической с боковыми предварительно загерметизированными отверстиями по прототипу. При этом герметичность и работоспособность устройства сохраняются при забойной давлении в скважине до 40 МПа. Упругопластичные свойства материала корпуса 8 приемной камеры 3 позволяют основную нагрузку, передаваемую забойным давлением, перенести на прочный сгораемый твердый композиционный материал, размещенный в камере 3. Этому способствует также то, что используемый корпус 8 не имеет боковых отверстий, которые являлись причиной нарушения приемной камеры 3 с металлическим корпусом по прототипу. При этом упрощается и удешевляется в три раза изготовление корпуса 8 из полихлорвиниловой трубы (100 руб.) по сравнению с металлической (300 руб. ). Упрощается также технология снаряжения приемной камеры 3 сгораемым композиционным материалом. Предлагаемое устройство позволяет повысить коэффициент успешности проведения обработки скважин с 0,78 до 0,9.

При сгорании второй части 5 сгораемого композиционного материала выделяются практически только газообразные продукты, об.%: CO₂ 24,0; CO 15,6; H₂O 12,1; H₂ 9,9; N₂ 37,4, обеспечивающие создание давления в интервале обработки для возможности проникновения нагретых газов в поры и трещины призабойной зоны. Наличие в нагретых газах при сгорании этого состава твердых частиц продуктов сгорания нецелесообразно из-за возможности закупорки ими пор и трещин пласта. Поэтому соотношение между окислителем и горючим в составе выполнено таким, чтобы в процессе его сгорания выделялись только газообразные продукты. Состав второй части 5 сгораемого твердого композиционного материала (газогенерирующей при сгорании композиции) по классификации опасных грузов относится к классификационному шифру 9133 по ГОСТ 19433-88, т. е. к материалам, не способным к взрывчатому превращению, но пожароопасным.

Первая часть 4 сгораемого композиционного материала, изготовленная из прочной с малогазовым выделением при сгорании композиции на основе железоалюминиевого термита, обладает низкой воспламеняемостью. Для обеспечения надежности воспламенения в ней выполнена осесимметричная полость 6, заполненная смесью композиций первой и второй частей, взятых в массовом соотношении 60: 40. Эта смесь надежно воспламеняется от газообразных продуктов сгорания второй части 5 сгораемого твердого композиционного материала и, в свою очередь, надежно воспламеняет и из-за расположения ее в осесимметричной полости 6 сопровождает далее процесс сгорания первой части 4 сгораемого твердого композиционного материала. Кроме того, наличие осесимметричной полости 6 сокращает время сгорания предварительно играющей роль диафрагмы-заглушки первой части 4 сгораемого твердого композиционного материала, способствуя более одновременному и полному раскрытию воздушной камеры 2 устройства. Наличие осесимметричной полости 6 не снижает прочности первой части 4 сгораемого твердого композиционного материала, если ее диаметр не превосходит расстояния между дном этой полости и торцом диафрагмы-заглушки, обращенным к воздушной камере 2.

Размещаемый в полости приемной камеры 3 сгораемый твердый композиционный материал, таким образом, одновременно выполняет в устройстве взаимосвязанные функции диафрагмы-заглушки, сохраняющей прочность и герметичность при перепаде давления между атмосферным давлением в воздушной камере 2 и давлением жидкости в скважине при операции спуска и установки устройства в интервал обработки призабойной зоны, и генератора температуры и газов, образуемых при сгорании второй части 5 сгораемого твердого композиционного материала; раскрытия диафрагмы-заглушки, осуществляемого путем сгорания твердого композиционного материала с целью срабатывания воздушной (имплозионной) камеры 2. Указанный комплекс функций сгораемого композиционного материала в предлагаемом устройстве позволяет повысить эффективность обработки призабойной зоны за счет совмещения в одном устройстве без снижения его производительности двух операций: предварительной термогазовой обработки с целью расплавления, снижения вязкости и адгезии к поверхности пор пласта загрязнений типа парафино-смолистых и асфальтеновых отложений, и операции имплозионной обработки за счет полного выноса из пор породы предварительно расплавленных парафино-смолистых и асфальтеновых загрязнений, а также других твердых механических частиц. Использование предлагаемого устройства, кроме того, повышает безопасность проведения работ за счет использования невзрывчатых материалов и средств срабатывания устройства. Совмещение в одном устройстве термогазовой обработки с использованием сгораемого твердого композиционного материала и имплозионной обработки с использованием воздушной камеры 2 позволяет по сравнению с их раздельным использованием сократить сроки освоения скважины, снизить затраты и повысить производительность работ.

Пример конкретного выполнения
Устройство для обработки призабойной зоны скважины состоит из воздушной (имплозионной) камеры 2, выполненной из бурильной трубы диаметром 73 мм и длиной 11,5 м, а также присоединенный 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 4 на основе железоалюминиевого термита, выполняющей функции диафрагмы-заглушки плотностью 2,42 г/см, высотой 50 мм и массой 500 г и газогенерирующей при сгорании композиции 5 на основе гранулированной аммиачной селитры и эпоксидной смолы плотностью 1,48 г/см³, высотой 900 мм и весом 5000 г. В первой части 4 сгораемого твердого композиционного материала предусмотрена осесимметричная полость 6 диаметром 20 мм и высотой 30 мм, обращенная к второй части 5 сгораемого твердого композиционного материала и снаряженная смесью композиций первой и второй частей в соотношении 60:40 массой 70 г. Воспламенитель 9 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 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 напротив интервала обрабатываемого пласта. С устья скважины через кабель-трос подают электрический импульс на воспламенитель 9 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 позволит повысить коэффициент успешности повышения продуктивности скважины, упростить и снизить стоимость изготовления корпуса приемной камеры.

Источники информации
1. Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. - М.: Недра, 1990, с. 35 - 36.

2. Прострелочно-взрывная аппаратура. Справочник под ред. Фридляндера Л. Я. М.: Недра, 1990, с. 181 - 184.

3. Патент РФ N 2075597, кл. E 21 B 43/25, опубл. 1997 г. - прототип.