Патент на изобретение №2328594

(54) СПОСОБ ГАЗОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ ГАЗОНЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Использование: в нефтегазовой и угольной промышленности для интенсификации притоков нефти и газа к добывающим скважинам, а также для извлечения метана из газоносных угольных пластов. Обеспечивает повышение эффективности извлечения углеводородных флюидов и снижение забойного давления в скважине за счет комплексного воздействия на породы коллектора продуктивного пласта путем учета трещинного и блочного строения пласта. Сущность изобретения: согласно способу осуществляют спуск в скважину газонаполненного снаряда с обеспечением выхлопов газа в зоне продуктивного пласта при управлении с поверхности частотой и длительностью выхлопов в соответствии с резонансными характеристиками обрабатываемой зоны продуктивного пласта. Согласно изобретению предварительно осуществляют геодинамическое районирование области расположения скважины или группы скважин и определяют мощность коллектора. Выявляют геометрические размеры тектонических блоков V ранга, на которых расположены эти скважины и под которыми понимают блоки с размерами в диапазоне от 200 до 500 метров. Затем определяют категорию пород коллектора по трещиноватости и мощности пласта и устанавливают средние размеры микроблоков. При этом газоимпульсную обработку продуктивного пласта проводят одновременно на всем интервале коллектора импульсными колебаниями, частоты которых находятся в диапазоне спектра резонансных частот, соответствующих параметрам этих блоков. В качестве газонаполненного снаряда используют генератор газоимпульсных колебаний, газообразование в котором осуществляют непосредственно в скважине, а разогретые газообразные продукты горения пропускают через излучатель газоимпульсных колебаний с интенсивностью, не превышающей 10^-6 Вт/м². Устройство содержит полый корпус, подвешенный на грузонесущем геофизическом кабеле, и токоввод, подключенный к источнику питания, причем токоввод выполнен в виде герметизированного кабельного электроразъема. Согласно изобретенимю корпус устройства снабжен верхней и нижней съемными крышками. В корпусе установлен нагревательный элемент, соединенный с геофизическим кабелем через токоввод. Имеется топливный газообразующий элемент, размещенный в верхней полости корпуса, сообщенной через газопроводящие отверстия с редуктором, предназначенным для регулирования давления исходящего газа. Имеется также и сейсмоакустический излучатель, расположенный в нижней части корпуса, соединенной с редуктором через газопроводящий канал, и выполненный в виде перфорированного цилиндра с регулируемой по частоте ротирующей заслонкой, установленной у выходного отверстия редуктора. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил. – удельный вес пород, кг/см³;

g – ускорение силы тяжести, см/с².

Так, для геодинамического блока из песчаника с линейными размерами 300 м

200 Гц.

Другими словами, сейсмоакустический излучатель должен генерировать колебания с преобладающими частотами от 0,5-1,0 до 200-300 Гц.

Для длительного воздействия на обрабатываемый интервал предпочтительнее организация не взрывного, а «медленного» горения на основе окисления угля или углеводородосодержащих веществ кислородом, выделяющимся из кислородосодержащих веществ (перхлоратов, пироксидов, селитр и т.п.), а инициирование колебаний должно осуществляться за счет прохода газообразных продуктов реакции через колебательное устройство, настроенное или созданное под спектр частот с преобладающими резонансными частотами, например, действующее по принципу «резонатора Гельмгольца».

Для получения газообразных продуктов возможно также проведение реакции между литием и водой: 2Li+2Н₂O=2LiOH+Н₂+О₃.

Управление спектром частот можно достичь перемещением сейсмоакустически отражающих пакеров и созданием ими пространства в скважине, в котором акустическая волна будет перемещаться кратно собственной длине и выходить в массив горных пород с самой низкой частотой, кратной резонансной частоте блока V ранга. Эффективность данного воздействия возрастает при применении его в сочетании с гидроразрывом или пескоструйной перфорацией на обрабатываемом интервале. Это обусловлено тем, что трещины, образуемые данными мероприятиями, начинают развиваться благодаря распространению по их поверхностям волн и дополнительному притоку энергии в их «острие», способствующему их прорастанию и развитию. Кроме того, важным аспектом являются и процессы образования пузырьков газа, которые создают эффекты снижения забойного давления относительно пластового, подобно газлифту.

При этом, несмотря на относительно низкую интенсивность газоимпульсного воздействия, в частности, не превышающую 10^-10÷10^-6 Вт/м², длительность воздействия (свыше 0,5-1 часа) позволяет достичь положительного эффекта за счет создания достаточного импульса силы и тем самым «раскачать» значительные объемы горных пород, а дополнительный разогрев флюида и прискважинной зоны пород, вызванный реакцией окисления (горения) углеродосодержащих веществ, приведет к уменьшению вязкости, удалению парафинов и асфальтенов, а также образованию дополнительных дренирующих каналов из-за растрескивания пород. Вместе с тем, при наличии угрозы прорыва в газовую «шапку» или обводненный горизонт интенсивность воздействия необходимо уменьшить до величин, не превосходящих 10^-10 Вт/м², что обосновано, например, в работе Петросян А.Э., Крупеня В.Г., Бирюков Ю.М. «Воздействие проходческого комбайна на почву выработки мощных пластов как инициирующий фактор внезапных выбросов газа». Сб. научных трудов ИГД им. А.А.Скочинского.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема расположения нагревателя в скважине; на фиг.2 – конструкция устройства газоимпульсной обработки.

На чертежах обозначены:

1 – геодинамический блок V ранга, содержащий продуктивный интервал пласта; 2 – скважина, пробуренная на газонефтеносный интервал коллектора; 3 – интервал обработки газонефтеносного коллектора с отверстиями перфорации; 4 – микроблоки газонефтеносного интервала; 5 – генератор газоимпульсных (акустических) колебаний; 6 – редуктор устройства газоимпульсной обработки; 7 – верхняя и нижняя съемные крышки устройства газоимпульсной обработки; 8 – корпус устройства газоимпульсной обработки; 9 – нагревательный или инициирующий элемент; 10 – управляющий геофизический кабель включения; 11 – сейсмоакустические отражатели (пакеры); 12 – топливный газообразующий элемент.

Способ осуществляют следующим образом.

На основе геодинамического районирования, например, по топографической карте масштаба 1:10000 устанавливают контуры тектонических блоков 1 V ранга, в которых размещаются скважины или группы скважин 2, пробуренных на нефтегазоносный интервал 3 коллектора, и выявляют геометрические размеры этих блоков, которые необходимо обработать. На интервале 3 обработки проводят акустические исследования и устанавливают средние параметры микроблоков 4. Рассчитывают полосу частот с преобладающими частотами, резонансными для геодинамического блока 1 и микроблоков 4. Затем настраивают сейсмоакустический излучатель 14 генератора 5 газоимпульсных колебаний на данные частоты, а редуктор 6 генератора 5 – на давление, превышающее пластовое на величину не менее 0,14 МПа (и более при отсутствии зон аномально высокого давления и обводненных смежных интервалов). Снимают верхнюю крышку 7, установленную на корпусе 8 устройства газоимпульсной обработки, и загружают в устройство кислородо- и углеводородосодержащие реагенты, образующие при этом топливный газообразующий элемент. Затем подключают нагревательный (или, в случае с литием, инициирующий) элемент 9 и соединяют его с электроподающим геофизическим кабелем 10, производят спуск устройства на интервал 3 обработки и его включение. После отработки (выгорания) топлива за расчетный период времени извлекают устройство газоимпульсной обработки, производят исследования скважины на увеличение дебита и подключают ее к газо- или нефтепроводу. При необходимости, после опускания устройства газоимпульсной обработки в скважину интервал 3 обработки перекрывают сейсмоакустическими отражателями (пакерами) 11, находящимися на удалении друг от друга, кратном длине волны, резонансной для блока V ранга, в котором пробурена скважина 2.

Заявленное устройство решает задачу повышения эффективности воздействия на нефтегазосодержащие пласты за счет активизации трещиноватости и флюидопроводящих каналов на всем объеме геодинамического блока и вызова интенсивного притока флюида.

Для этого устройство газоимпульсной обработки, представляющее собой генератор 5 газоимпульсных колебаний, содержит полый цилиндрический корпус 8, снабженный верхней и нижней съемными крышками 7, в котором установлен нагревательный элемент 9, соединенный с геофизическим кабелем 10 через токоввод 13, подключенный к источнику питания и выполненный в виде герметизированного кабельного электроразъема. Верхняя полость корпуса 8 с размещенным в ней топливным газообразующим элементом 12 соединена газопроводящими каналами (отверстиями) 20 с редуктором 6, который обеспечивает регулирование давления Р исходящего газа таким образом, чтобы оно превышало давление Р₃ в скважине на интервале обработки не менее чем на 0,14 МПа, то есть чтобы выполнялось условие РР₃+0,14 МПа.

Редуктор 6 сообщается с сейсмоакустическим излучателем 14, расположенным в нижней части генератора 5 и генерирующим колебания от 1 до 300 Гц в соответствии с резонансными частотами геодинамических блоков 1 и микроблоков 4, через газопроводящий канал в виде выходного отверстия 16.

Для удобства эксплуатации, в частности, сборки и наращивания устройства по длине в случае необходимости корпус 8 может быть выполнен составным из двух или нескольких частей, герметично скрепленных между собой, например, с помощью резьбового или байонетного соединения.

В качестве газообразующего элемента 12 верхняя полость корпуса 8 может быть заполнена смесью кислородосодержащих реагентов (например, селитры, перекись водорода, хлораты, фтораты и т.п.) и углеродосодержащих реагентов (например, уголь, целлюлоза и т.п.), плотно контактирующей с нагревательным элементом 9, регулируемым с поверхности через токоввод 13. Сейсмоакустический излучатель 14 генератора 5 акустических колебаний выполнен в виде перфорированного цилиндра с регулируемой по частоте вращающейся (ротирующей) заслонкой 15, смонтированной в нем возле отверстия 16.

Линейные размеры генератора колебаний в предпочтительном варианте исполнения должны выбираться таким образом, чтобы генерируемые им колебания позволяли выполнить условие l>1/4, где l – длина интервала обработки, например, между дном скважины и сейсмоотражающим пакером, как это показано на фиг.1, или между двумя пакерами, размещенными по обе стороны генератора; – длина волны генерируемых колебаний. Кроме того, экспериментально установлено, что наилучшие результаты газоимпульсной обработки достигаются, когда общая площадь отверстий 18 перфорации сейсмоакустического излучателя 14 генератора 5 колебаний составляет более 1/3 диаметра отверстия 16.

Для дополнительной регулировки в генераторе акустических колебаний в нижней части цилиндра сейсмоакустического излучателя 14 установлен донный (регулирующий) элемент 19, который опирается на упругие элементы 17, выполненные, например, в виде пружин, с возможностью его перемещения вдоль стенок внутреннего диаметра сейсмоакустического излучателя как по направляющим с помощью регулировочных винтов 21 для подстраивания к необходимому спектру частот.

Кроме того, в варианте исполнения в качестве топливного газообразующего элемента 12 может быть использован литий (или литийсодержащие вещества); в этом случае устройство должно быть снабжено дополнительным клапаном 22, регулируемым с поверхности через токоввод 13, для поступления воды из скважины или из дополнительного резервуара, например, установленного в качестве инициирующего элемента 9.

Устройство работает следующим образом.

Устройство газоимпульсной обработки содержит полый цилиндрический корпус 8, снабженный верхней и нижней съемными крышками 7. Перед использованием устройства полость в верхней части корпуса 8 заполняют газообразующим топливным элементом 12 таким образом, чтобы он плотно контактировал с нагревательным (инициирующим) элементом 9, соединенным с элементом питания на поверхности по геофизическому кабелю 10. Топливный элемент 12 из смесей кислородосодержащих и углеродосодержащих реагентов может быть насыпным или выполняться в виде прессованных шашек диаметром, соответствующим внутреннему диаметру корпуса.

В другом варианте выполнения устройства топливный элемент 12 может быть выполнен в виде топливных шашек лития, а инициирующий элемент 9 – в виде небольшого резервуара с водой, количество которой должно быть достаточным для начала реакции окисления, либо устройство должно быть снабжено клапаном, открывающим доступ воды из скважины.

После этого настраивают генератор акустических колебаний на предварительно определенные резонансные собственным частотам геодинамических блоков V ранга и микроблоков частоты. Для наиболее эффективного воздействия на обрабатываемый интервал продуктивного пласта необходимо, чтобы суммарная площадь перфорационных отверстий 18 сейсмоакустического излучателя 14 составляла более 1/3 диаметра входного отверстия 16. Кроме того, подстройка генератора акустических колебаний к расчетным частотам осуществляется регулированием установки ротирующей заслонки 15 и донного регулируемого элемента 19 в нижней части цилиндра, перемещаемого вдоль стенок внутреннего диаметра сейсмоакустического излучателя с помощью регулировочных винтов.

После этого производят спуск устройства на интервал обработки и его включение. В результате контакта топливного элемента 12 с сильно разогретым нагревательным (инициирующим) элементом 9 начинается реакция разложения кислородосодержащего реагента из смеси, сопровождающаяся бурным выделением газообразных продуктов. При этом выделяется также и большое количество тепла, которое приводит к воспламенению углеродосодержащего реагента. Благодаря скоплению газообразных продуктов горения в верхней полости устройства давление в ней постепенно растет до уровня, превышающего давление в нижней части устройства, после чего образовавшаяся парогазовая смесь вытесняется через узкие газопроводящие каналы (отверстия) 20 в камеру редуктора 6, в которой продолжается процесс горения газообразных веществ, дополнительно повышая температуру устройства.

Далее продукты горения через отверстие 16, представляющее собой сопло, попадают в рабочий объем сейсмоакустического излучателя 14, где используются в качестве рабочей среды для генерации акустических колебаний.

Продукты горения из сопла попадают на крыльчатку ротирующей заслонки 15, заставляя ее вращаться и периодически перекрывать проход для газов. Пульсация скорости потока приводит к пульсации давления в среде. Созданные таким образом колебания усиливаются на выбранных частотах после прохождения через отверстия перфорации 18 в нижней части сейсмоакустического излучателя, выполненного по типу резонатора Гельмгольца. При этом истекающие из данного устройства газообразные продукты производят не только акустическое, но также тепловое и химическое воздействия на обрабатываемый интервал призабойной зоны.

Предлагаемое изобретение реализуется простыми и дешевыми реагентами и операциями, не включает последовательного закачивания жидкости с поверхности с использованием высоконапорного оборудования. Кроме теплового воздействия достигается комплексное воздействие на прискважинную зону химически активными веществами, углекислым газом, водородом, азотистыми газами и азотом, снижающими вязкость флюида и вызывающими газонефтеприток. Вместе с тем, удается воздействовать на геодинамический блок и микроблоки, слагающие газонефтеносный коллектор, низкочастотными колебаниями, что позволяет существенно развить трещиноватость и дренирующие каналы при сокращении расходов электроэнергии и дорогостоящего энергооборудования. Все это позволяет существенно повысить эффективность извлечения углеводородных флюидов из продуктивного пласта.

Формула изобретения

1. Способ газоимпульсной обработки газонефтедобывающих скважин, включающий спуск в скважину газонаполненного снаряда, осуществление выхлопов газа в зоне продуктивного пласта при управлении с поверхности частотой и длительностью выхлопов в соответствии с резонансными характеристиками обрабатываемой зоны продуктивного пласта, отличающийся тем, что предварительно осуществляют геодинамическое районирование области расположения скважины или группы скважин и определяют мощность коллектора, выявляют геометрические размеры тектонических блоков V ранга, на которых расположены эти скважины и под которыми понимают блоки с размерами в диапазоне от 200 до 500 м, затем определяют категорию пород коллектора по трещиноватости и мощности пласта и устанавливают средние размеры микроблоков, а газоимпульсную обработку продуктивного пласта проводят одновременно на всем интервале коллектора импульсными колебаниями, частоты которых находятся в диапазоне спектра резонансных частот, соответствующих параметрам этих блоков, при этом в качестве газонаполненного снаряда используют генератор газоимпульсных колебаний, газообразование в котором осуществляют непосредственно в скважине, а разогретые газообразные продукты горения пропускают через излучатель газоимпульсных колебаний с интенсивностью, не превышающей 10^-6 Вт/м².

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразование в генераторе газоимпульсных колебаний осуществляют реакцией выделения кислорода с последующим окислением углеродо- или углеводородосодержащих веществ.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что газообразование в генераторе газоимпульсных колебаний осуществляют реакцией литийсодержащих веществ и воды.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после размещения в скважине газонаполненного снаряда интервал обработки перекрывают сейсмоакустическими отражателями – пакерами, ограничивающими объем, кратный длине резонансной волны для блока V ранга, в котором расположена скважина.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что операции газоимпульсной обработки проводят после гидроразрыва пород коллектора или после пескоструйной перфорации.

6. Устройство для газоимпульсной обработки газонефтедобывающих скважин, содержащее полый корпус, подвешенный на грузонесущем геофизическом кабеле, и токоввод, подключенный к источнику питания, причем токоввод выполнен в виде герметизированного кабельного электроразъема, отличающееся тем, что корпус устройства снабжен верхней и нижней съемными крышками, установленным в нем нагревательным элементом, соединенным с геофизическим кабелем через токоввод, топливным газообразующим элементом, размещенным в верхней полости корпуса, сообщенной через газопроводящие отверстия с редуктором, предназначенным для регулирования давления исходящего газа, и сейсмоакустическим излучателем, расположенным в нижней части корпуса, соединенной с редуктором через газопроводящий канал, и выполненным в виде перфорированного цилиндра с регулируемой по частоте ротирующей заслонкой, установленной у выходного отверстия редуктора.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в качестве газообразующего элемента верхняя полость корпуса заполнена смесью кислородосодержащих и углеводородо- или углеродосодержащих веществ, плотно контактирующих с нагревательным элементом.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в качестве газообразующего элемента верхняя полость корпуса заполнена литием и снабжена клапаном для подачи воды из скважины или из дополнительного резервуара.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в качестве газообразующих кислородосодержащих веществ оно содержит вещество из группы: селитра или перекись водорода, или хлораты.

10 Устройство по п.7, отличающееся тем, что в качестве газообразующих углеводородо- или углеродосодержащих веществ оно содержит вещество из группы: уголь или целлюлоза.

11. Устройство по п.6, отличающееся тем, что линейные размеры генератора колебаний выбраны таким образом, чтобы выполнялось условие:

l>l/4,

где l – длина интервала обработки;

– длина волны генерируемых колебаний, а общая площадь перфорации сейсмоакустического излучателя составляет более 1/3 диаметра выходного отверстия редуктора.

12. Устройство по п.6, отличающееся тем, что для дополнительной регулировки частоты газоимпульсных колебаний в нижней части цилиндра сейсмоакустического излучателя размещен донный элемент, опирающийся на упругие элементы, установленный с возможностью перемещения вдоль стенок внутреннего диаметра цилиндра с помощью регулировочных винтов.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что упругие элементы выполнены в виде пружин.

РИСУНКИ