CC BY
85
С. В. Чипига, И. Ф. Садыков, А. А. Марсов,
А. А. Мокеев
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРФОРАЦИИ
И КИСЛОТНОЙ ОБРАБОТКИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЗОНЫ СКВАЖИНЫ
Ключевые слова: кислотная обработка, кумулятивный перфоратор, нефтяная скважина, гидроразрыв, интенсификация
нефтеотдачи пласта.
Приведены результаты исследований в области интенсификации добычи нефти. Разработано комплексной устройство, позволяющее за одну спуско-подъемную операцию проводить перфорацию скважины с последующей ее обработкой от загрязняющих элементов. Отработана методика использования установки в условиях, имитирующих реальные. Показаны результаты экспериментов со стендовой установкой.
Keywords: acid treatment, the cumulative punch, oil well fracturing, the intensification of oil recovery.
The results of research in the field of oil production. Developed an integrated device that allows for one-tripping to hold perforations well with its subsequent processing of the polluting elements. A technique used in the installation conditions simulating real. Shows the results of experiments with the bench unit.
Введение
В настоящее время проявляется возрастающий интерес к разработкам комплексных аппаратов, сочетающих в себе перфораторный и генераторный модули [1], технологии применения которых позволяют обеспечивать за одну спускоподъемную операцию кумулятивную перфорацию скважины и воздействие на пласт продуктами сгорания зарядов твердого топлива. Эффективность гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом, которая может быть получена с помощью таких комплексных аппаратов и технологий, существенно превышает эффективность гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом, обеспечиваемую при применении как существующих, так и перспективных кумулятивных перфораторов. Время проведения геофизических работ, затрачиваемое на каждую комплексную обработку скважины, не превысит времени, затрачиваемого на проведение кумулятивной перфорации, а стоимость работ увеличится незначительно.
Однако анализ существующих разработок и технологий по данному направлению выявил ряд факторов, снижающих по совокупности эффективность комплексных устройств по сравнению с раздельной перфорацией и обработкой нефтяной скважины, а следовательно, делающих
нерентабельным их применение и препятствующих широкомасштабному промышленному применению:
- техническая сложность изготовления, требующая большего времени и более качественных инструментов [2, 3];
- сложность сборки, транспортировки;
- необходимость учета множества факторов, зачастую косвенного характера;
- накладывание ряда ограничений при изготовлении [4];
- неоптимальная конструкция [5];
- возможность детонации порохового генератора [6-8];
- кратковременность воздействия продуктов сгорания порохового генератора;
- низкофакторный характер воздействия, преимущественно за счет резко возрастающего динамического давления;
- устройства не являются универсальными, нет возможности применения для обработки и карбонатных, и терригенных пород.
В соответствии с выявленными проблемами целью работы ставилась разработка устройства, совмещающего в едином устройстве кумулятивный перфоратор и термогазокислотный генератор, избавленного или сводящего к минимуму вышепредставленные недостатки.
1. Расчетно-теоретическая часть
Было спроектировано устройство (рис.1), включающее корпус перфоратора с заглушенными отверстиями, размещенные в нем кумулятивные заряды с устройством для их срабатывания, термогазогенератор в корпусе, присоединенным при помощи соединительного узла в виде решетки с заглушенными отверстиями к корпусу перфоратора. При этом характеристики термогазогенератора и суммарная площадь отверстий в решетке выбраны так, чтобы обеспечить давление гидроразрыва пласта, создаваемое при горении топлива
термогазогенератора струями горячих газов, направленных из раскрытых отверстий перфоратора непосредственно в предварительно сформированные перфорационные каналы в пласте. Для оценки характера воздействия и работы устройство оно снабжено датчиками температуры, давления, а для определения места расположения прибора в скважине
- локатором муфт.
Термогазогенератор в устройстве расположен ниже корпуса перфоратора, при этом для одновременно запуска перфоратора и термогазогенератора, последний снабжен дополнительной шашкой воспламенительного состава и штатного электровоспламенителя типа ЭИ-2Т, срабатывающего, как и устройство - взрывной патрон
в перфораторе, от одного и того же штатного взрывного высокочастотного прибора типа ПВВ-1. Отверстия решетки соединительного узла снабжены заглушками в виде прочного металлического диска и эластичной пробки с возможностью, с одной стороны герметизации отверстий решетки при срабатывании кумулятивных зарядов в корпусе перфоратора и, с другой стороны, раскрытия этих отверстий в решетке при превышении давления газов, образующихся в процессе горения топлива в корпусе термогазогенератора над забойным давлением в скважине, создающимся после срабатывания
кумулятивных зарядов в корпусе перфоратора.
Рис. 1 - Комплексное устройство для перфорации и обработки скважины: 1 - головка, 2 - кислотный модуль, 3 - соединительный узел, 4 -
перфораторный модуль, 5 - уплотнительные кольца, 6 - наконечник, 7 -кумулятивный заряд, 8 - электродетонатор, 9 - кислотный генератор, 10 -электрический провод
Расположение термогазогенератора в устройстве ниже корпуса перфоратора позволяет более полно обеспечить сохранность от разрушения, особенно узла воспламенения термогазогенератора при воздействии взрыва зарядов перфоратора, т.к. при этом основная энергия взрывной волны будет направлена вверх, в сторону перемещения столба скважинной жидкости. При сгорании же топлива термогазогенератора горячие газы легче устремляются вверх и с меньшими потерями тепла заполняют пространство корпуса перфоратора.
Обеспечение топлива термогазогенератора дополнительной шашкой воспламенительного состава позволяет использовать для его воспламенения штатный электровоспламенитель ЭИ-2Т, способный срабатывать, как и взрывной патрон в перфораторе, от одного и того же штатного прибора (через кабель-трос) на устье скважины.
Таким образом, выполняется одновременное срабатывание кумулятивных зарядов перфоратора и топлива термогазогенератора, в то время как по способу и устройству-прототипу синхронизация их не может быть осуществлена, т.к. для воспламенения порохового топлива термогазогенератора используется спираль накаливания, не успевающая срабатывать от штатного прибора, применяемого для приведения в действие взрывной цепи перфоратора.
В качестве воспламенительного состава дополнительной шашки, срабатывающей от штатного электровоспламенителя и, в свою очередь,
воспламеняющей предложенное в изобретении
топливо термогазогенератора, может быть
использовано, как показали эксперименты, рецептура, включающая, % мас.:
Нитрат аммония марки Б 70
Бихромат калия 10
Эпоксидная смола марки ЭД-20 13,2
Пластификатор Агидол марки ЭДОС 1,6 Отвердитель марки АФ-2М 5,2
Дополнительная шашка воспламени-тельного состава указанной рецептуры является неспособным к детонации материалом и относится к классу
опасности 4.1.
Снабжение отверстий решетки
соединительного узла заглушками в виде прочного металлического диска скользящей посадки и
эластичной пробки, плотно прилегающей к торцу диска и стенке отверстия, дает возможность, с одной стороны, надежной герметизации отверстий решетки при срабатывании кумулятивных зарядов в корпусе перфоратора и, с другой стороны легкого и полного раскрытия этих отверстий в решетке при превышении давления газов, образующихся в процессе горения топлива в корпусе термогазогенератора, над забойным давлением в скважине, создающимся после срабатывания кумулятивных зарядов в корпусе перфоратора.
Установка работает следующим образом. На каротажном кабеле спускается в скважину подготовленное устройство, состоящее из корпусного кумулятивного перфоратора, который в нижней части соединен при помощи соединительного узла с термогазогенератором. Устройство устанавливают таким образом, чтобы перфоратор размещался в области интервала обработки продуктивного пласта. От штатного прибора на устье типа ПВВ-1, подают электрический импульс одновременно на взрывной патрон в перфоратора и на штатный электровоспламенитель ЭИ-2Т в топливе термогазогенератора.
При срабатывании перфоратора
кумулятивные заряды (рис. 1) выбивают заглушки из отверстий в корпусе перфоратора и создают перфорационные каналы в пласте. При этом в процессе срабатывания кумулятивных зарядов и создания давления продуктов их взрыва в корпусе перфоратора отверстия решетки соединительного узла находятся в герметичном состоянии за счет
заглушек в виде прочных металлических дисков и эластичных пробок. Одновременно при воспламенении через дополнительную шашку и последующего сгорания топлива
термогазогенератора, выполненного из смесевой композиции, способной генерировать газ с преимущественным содержанием химически высокоактивной соляной кислоты, происходит быстрое заполнение этим газом корпуса термогазогенератора.
После достижения в корпусе перфоратора давления, превышающего забойное, струи горючего газа вытекают через отверстия перфоратора направленно по предварительно сформированным перфорационным каналам. Воздействие струй газа на перфорационные каналы в пласте происходит в виде многократных импульсных давлений,
способствующих гидроразрыву, т.е. раскрытию и развитию трещин вокруг перфорационных каналов. Одновременно с этим происходит химическое воздействие газов, содержащих
высокотемпературную соляную кислоту, на скелет породы и тем самым дополнительно увеличивают размеры каналов и трещин, а также разуплотняют стенки перфорационных каналов, приводя к приросту поверхности фильтрации в окружающем каналы продуктивном пласте.
2. Экспериментальная часть
Работоспособность предлагаемого способа и устройства для его осуществления подтверждена результатами стендовых испытаний на установке, имитирующей скважинные условия.
Результаты стендовых испытаний в виде зависимости изменения в сосуде-скважине во времени представлены на рис. 2.
Первоначально зарегистрирован единичный импульс высокой амплитуды (стадия I) от взрыва заряда ВВ, имитирующего кумулятивный заряд. В период спада этой амплитуды давление газообразных продуктов сгорания топлива термогазогенератора начинает превышать давление в корпусе перфоратора, благодаря этому раскрываются отверстия соединительного узла. Газы сгорания топлива проникают через них в корпус перфоратора и начинают истекать из окошка этого корпуса в скважину. При этом истекающие газы создают многократные импульсы давления с несколько возрастающими амплитудами вплоть до окончания процесса сгорания топлива (стадия II). После окончания сгорания топлива (стадия III) создающиеся импульсы давления распространяются с убывающей амплитудой.
Газообразные продукты сгорания топлива термогазогенератора, преимущественно содержащие соляную кислоту, выделялись в скважинную жидкость, как показал ее анализ, с содержанием соляной кислоты в количестве 57% от массы топлива.
Чррмя сек
Рис.2 - Результаты стендовых испытаний
Выводы
Как показали испытания, при использовании в топливе термогазогенератора штатного электровоспламенителя с дополнительной шашкой воспламенительного состава реализуется
одновременный запуск перфоратора и термогазогенератора от одного и того же штатного взрывного прибора. При этом снабжение отверстий решетки соединительного узла металлическим диском и эластичной пробкой надежно герметизируют эти отверстия при срабатывании заряда ВВ в корпусе перфоратора, а затем - раскрытие отверстий при превышении давления газов, образующихся в процессе горения топлива в корпусе термогазогенератора. Газообразные продукты горения топлива, состоящего из предложенной в изобретении композиции, генерирующей соляную кислоту, быстро заполняют корпус перфоратора и через его окошко вытекают в скважину, производя воздействие их в виде импульсных давлений. Полученный технический результат подтверждает возможность реализации сущности разработанного метода.
Литература
1. Фридляндер Л.Я. Прострелочно-взрывная аппаратура и ее применение в скважинах. - М.: «Недра», 1975. - 185 с.
2. Пат. 2114984 Российская Федерация, МПК6 Е21 В 43/117, Е 21 В 43/25. Устройство для вскрытия и обработки призабойной зоны скважины / И.Ф. Садыков, А.Р. Мухутдинов, В.Г. Архипов - №96103273/03; заявл. 20.02.1996; опубл. 10.07.1998, Бюл. 19 - 3 с.
3. Пат. 2183259 Российская Федерация, МПК7 Е21 В 43/117. Устройство и способ вторичного вскрытия продуктивных пластов / А.Г. Корженевский, А.А. Корженевский, Т.А. Корженевская - №2000116488/03; заявл. 22.06.2000; опубл. 10.06.2002, Бюл. 21 - 3 с.
4. Пат. 2298086 Российская Федерация, МПК7 Е21 В 43/117, Е 21 В 43/18. Способ перфорации и обработки призабойной зоны скважины и устройство для его осуществления / М.Г. Падерин, Н.Г. Падерина -№2006114236/03; заявл. 25.04.2006; опубл. 27.04.2007, Бюл. 21 - 4 с.
5. Пат. 2138623 Российская Федерация, МПК6 Е21 В 43/117, Е 21 В 43/11. Способ заканчивания скважины / Ш.Ф. Тахаутдинов, Р.С. Хасимов, Ш.Х. Минибаев -№99105631/03; заявл. 29.03.1999; опубл. 27.09.1999, Бюл. 19 - 3 с.
6. Пат. 2170339 Российская Федерация, МПК7 E21 B 43/117, E 21 B 43/263. Устройство для перфорации скважин и трещинообразования в пласте (варианты) / Г.Э. Кузьмицкий, В.И. Аликин, С.Е. Ильясов - №99116470/03; заявл. 27.07.1999; опубл. 10.07.2001, Бюл. 20 - 4 с.
7. Хамидуллина Ф.Ф. Методика выполнения расчетов технологических потерь нефти / Ф.Ф. Хамидуллина, Р.Ф. Хамидуллин // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. Т. 14, №18. - С.265-268.
8. Пат. 2179235 Российская Федерация, МПК7 Е21 В 43/117, Е 21 В 43/263. Устройство для совместной перфорации скважины и образования трещин в пласте / А.А. Меркулов, С.С. Назин - №2001105988/03; заявл. 05.03.2001; опубл. 10.02.2002, Бюл. 21 - 4 с.
© С. В. Чипига - магистр, асп. каф. технологии твердых химических веществ КНИТУ, [email protected]; И. Ф. Садыков -д-р техн. наук, проф. той же кафедры, [email protected]; А. А. Марсов - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, [email protected]; А. А. Мокеев - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, [email protected].
