RU2661487C2 - Device for processing of production formation - Google Patents
Device for processing of production formation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2661487C2 RU2661487C2 RU2016114219A RU2016114219A RU2661487C2 RU 2661487 C2 RU2661487 C2 RU 2661487C2 RU 2016114219 A RU2016114219 A RU 2016114219A RU 2016114219 A RU2016114219 A RU 2016114219A RU 2661487 C2 RU2661487 C2 RU 2661487C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- valve
- gas
- pressure
- gases
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B28/00—Vibration generating arrangements for boreholes or wells, e.g. for stimulating production
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH DRILLING; MINING
- E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
- E21B43/263—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures using explosives
Abstract
Description
Изобретение относится к области эксплуатации нефтяных, газовых и водозаборных скважин и предназначено для импульсной обработки продуктивного пласта с целью повышения производительности добывающих скважин и увеличения приемистости нагнетательных скважин. Изобретение обеспечивает повышение эффективности и безопасности импульсной обработки продуктивного пласта.The invention relates to the field of operation of oil, gas and water wells and is intended for pulsed treatment of a productive formation in order to increase the productivity of producing wells and increase the injectivity of injection wells. The invention provides increased efficiency and safety of pulsed treatment of the reservoir.
Известно устройство для обработки призабойной зоны и способ его применения (патент РФ №2173775, Е21В 43/27, опубл. 20.09.2001). Устройство состоит из воздушной камеры, приемной камеры с газогенерирующей композицией и сгораемой диафрагмы, которая герметично разделяет воздушную и приемную камеры. Устройство спускают на геофизическом кабеле в скважину и устанавливают напротив обрабатываемого интервала пласта. Воспламеняют газогенерирующую композицию, образующую в процессе горения горячие кислоты в парообразном состоянии, растворяющие породу и расплавляющие плавкие загрязнения, в результате чего увеличивается проницаемость призабойной зоны пласта и производительность скважины. Для более полной реакции кислоты и породы осуществляют технологическую выдержку, по окончании которой воспламеняют сгораемую диафрагму. Сгорание диафрагмы обеспечивает открытие воздушной камеры, куда за счет перепада давления поступает скважинная жидкость и загрязнения. В результате применения устройства, за счет улучшения гидродинамической связи пласта и скважины, повышается производительность последней. Недостатками изобретения являются малая глубина проникновения кислоты в пласт и как следствие низкая эффективность способа. Причиной этого является отсутствие высокого давления в зоне обработки из-за медленного горения газогенерирующей композиции и свободного истечения продуктов реакции в скважину.A device for processing the bottom-hole zone and a method for its use (RF patent No. 2173775, ЕВВ 43/27, publ. 09/20/2001). The device consists of an air chamber, a receiving chamber with a gas generating composition, and a combustible diaphragm, which hermetically separates the air and receiving chambers. The device is lowered on a geophysical cable into the well and installed opposite the treated interval of the formation. They ignite the gas-generating composition, which forms hot acids in the vapor state during combustion, dissolving the rock and melting fusible contaminants, as a result of which the permeability of the bottom-hole formation zone and the well productivity are increased. For a more complete reaction of acid and rock, technological exposure is carried out, at the end of which the combustible diaphragm is ignited. The combustion of the diaphragm ensures the opening of the air chamber, where, due to the pressure drop, the well fluid and contaminants enter. As a result of the use of the device, by improving the hydrodynamic connection of the reservoir and the well, the productivity of the latter increases. The disadvantages of the invention are the small depth of penetration of the acid into the reservoir and, as a consequence, the low efficiency of the method. The reason for this is the lack of high pressure in the treatment zone due to the slow burning of the gas generating composition and the free flow of reaction products into the well.
Известно устройство для термогазохимической обработки нефтяного пласта (свидетельство на полезную модель РФ №36855, Е21В 43/25, опубл. 27.03.2004), включающее реакционную камеру, узел подвода и смешивания исходных реагентов, форсунки для распыла реагентов, инициирующее пиротехническое устройство, сопловой блок. После спуска устройства в скважину в узел смешивания подают жидкое горючее и окислитель, которые смешиваются и затем через форсунки распыляются в реакционной камере. Одновременно срабатывает инициирующее пиротехническое устройство, которое поджигает распыленную смесь. Горение смеси приводит к росту давления в реакционной камере, сбросу сопловой крышки, в результате чего горячие продукты сгорания истекают в нефтяную скважину. Под воздействием продуктов сгорания происходит расширение микротрещин и расправление загрязнений пласта. Недостатком устройства является необходимость непрерывного смешения жидкого горючего и окислителя в определенном соотношении, что усложняет конструкцию устройства и может привести к прекращению процесса горения в случае нарушения процесса смешения компонентов. Подача жидких реагентов может осуществляться с помощью насосов и трубопроводов с поверхности, что также значительно усложняет применение устройства. В случае доставки жидких горючих и окислителей в емкостях возникает необходимость в спуске в скважину насоса для подачи реагентов в реакционную камеру. Кроме того, потребуются емкости большого объема, так как используемые в устройстве жидкие горючие и окислители содержат значительное количество растворителя - воды, снижающего энергетические характеристики горючей смеси. Главным недостатком устройства является невозможность достижения с его помощью давления разрыва пласта, потому что сброс крышки, открытие сопловых отверстий и выпуск газов происходит, как только давление в реакционной камере превысит гидростатическое давление в скважине, которое в 2-2,5 раза меньше требуемого давления разрыва пласта.A device for thermogaschemical processing of an oil reservoir (certificate for utility model of the Russian Federation No. 36855, ЕВВ 43/25, publ. 03/27/2004), including a reaction chamber, a supply and mixing unit for initial reagents, nozzles for spraying reagents, an initiating pyrotechnic device, a nozzle block . After the device is lowered into the well, the mixing unit is supplied with liquid fuel and an oxidizing agent, which are mixed and then sprayed through the nozzles in the reaction chamber. At the same time, an initiating pyrotechnic device is triggered, which ignites the sprayed mixture. Combustion of the mixture leads to an increase in pressure in the reaction chamber, the discharge of the nozzle cap, as a result of which hot combustion products flow into the oil well. Under the influence of combustion products, microcracks expand and the formation contaminants straighten. The disadvantage of this device is the need for continuous mixing of liquid fuel and an oxidizing agent in a certain ratio, which complicates the design of the device and can lead to the termination of the combustion process in case of violation of the mixing process of the components. The supply of liquid reagents can be carried out using pumps and pipelines from the surface, which also greatly complicates the use of the device. In the case of the delivery of liquid fuels and oxidizing agents in containers, it becomes necessary to lower a pump into the well to supply reagents to the reaction chamber. In addition, large-capacity tanks will be required, since the liquid fuels and oxidizing agents used in the device contain a significant amount of solvent — water, which reduces the energy characteristics of the combustible mixture. The main disadvantage of the device is the inability to reach the fracture pressure with it, because the cap is released, nozzle openings are opened and gases are released as soon as the pressure in the reaction chamber exceeds the hydrostatic pressure in the well, which is 2-2.5 times less than the required fracture pressure layer.
Известен газогенератор на твердом топливе (патент РФ №2175059, Е21В 43/263, опубл. 20.10.2001), включающий трубчатые пороховые заряды, воспламенительный заряд, воспламенительный или взрывной патрон, детонирующий шнур и дополнительный заряд смесевого топлива. Газогенератор спускают на геофизическом кабеле в скважину и устанавливают напротив обрабатываемого интервала. По кабелю подают электрический импульс на воспламенительный или взрывной патрон, которые через детонирующий шнур и дополнительный заряд зажигают воспламенительный заряд, который в свою очередь зажигает основные трубчатые пороховые заряды. Быстрое сгорание пороховых зарядов обеспечивает генерирование большого количества газов за небольшой промежуток времени (1-1,5 с). В результате этого образуется область высокого давления, под воздействием которого скважинная жидкость продавливается в пласт, в котором образуются трещины длиной от 5 до 15 м. Трещины такого размера значительно улучшают гидродинамическую связь пласта со скважиной, что повышает производительность последней. Недостатком устройства является применение в нем пороховых зарядов, способных в ограниченном пространстве скважины взрываться, что может привести к разрушению обсадной колонны скважины, обрыву геофизического кабеля или вскрытию прилегающего водонесущего пласта. Применение пороха, относящегося к классу взрывчатых веществ, также требует специальных охранных мероприятий, усложняющих и удорожающих технологию. Кроме того, генераторы на основе порохов и смесевых ракетных топлив сгорают с образованием химически малоактивных соединений (СО2, Н2O, СО, NO2), не способных к растворению породы и загрязнений пласта.A solid fuel gas generator is known (RF patent No. 2175059, ЕВВ 43/263, publ. 10/20/2001), including tubular powder charges, igniter charge, igniter or explosive cartridge, detonating cord and an additional charge of mixed fuel. The gas generator is lowered on the geophysical cable into the well and set opposite the processed interval. An electric pulse is supplied through the cable to the igniter or explosive cartridge, which ignite the igniter charge through the detonating cord and additional charge, which in turn ignites the main tubular powder charges. The rapid combustion of powder charges ensures the generation of a large amount of gases in a short period of time (1-1.5 s). As a result of this, a high pressure region is formed, under the influence of which the well fluid is forced into the formation, in which cracks from 5 to 15 m long are formed. Cracks of this size significantly improve the hydrodynamic connection of the formation with the well, which increases the productivity of the latter. The disadvantage of this device is the use of powder charges in it, which can explode in a limited space of the well, which can lead to the destruction of the casing of the well, breakage of the geophysical cable or opening of the adjacent water-bearing formation. The use of gunpowder belonging to the class of explosives also requires special protective measures that complicate and cost the technology. In addition, generators based on gunpowder and mixed rocket fuels burn with the formation of chemically inactive compounds (СО 2 , Н 2 O, СО, NO 2 ), which are not capable of dissolving the rock and contaminants in the formation.
Близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для обработки призабойной зоны пласта (патент РФ №2044866, Е21В 37/08, Е21В 37/00, опубл. 27.09.1995). Устройство содержит корпус с двумя камерами, окна (отверстия) для выпуска газов, зарядный обратный клапан для наполнения одной из камер газом высокого давления, клапанный узел для выпуска газов в пласт, манометр для измерения давления. Клапанный узел состоит из основного клапана большой пропускной способности и электромагнитного клапана, управляющего положением основного клапана. В исходном положении давление газа на золотник основного клапана одинаково с обеих сторон. При этом пружина, расположенная в подклапанной камере, прижимает золотник к седлу, чем обеспечивается герметизация камеры высокого давления. Электромагнитный клапан отделяет камеру низкого давления от подклапанной полости, соединенной с камерой высокого давления. Устройство работает следующим образом. Камера высокого давления на поверхности заполняется газом. Устройство на геофизическом кабеле спускается к обрабатываемому интервалу пласта. С поверхности на электромагнитный клапан подается управляющий электрический сигнал. Электромагнитный клапан открывается и соединяет подклапанную камеру с камерой низкого давления. В результате падения давления в подклапанной камере открывается затвор основного клапана и происходит выпуск газа в пласт. После прекращения подачи электрического сигнала электромагнитный клапан закрывается, давление газа на запорный орган основного клапана с двух сторон становиться одинаковым и под действием пружины он закрывается. При подаче следующего электрического импульса цикл повторяется. Главным недостатком изобретения является то, что после каждого выпуска газов их количество в камере не возобновляется, и это приводит к последовательному уменьшению давления газов, воздействующих на пласт, и как следствие к снижению эффективности обработки. Кроме того, вследствие низкой температуры газов, которая дополнительно снижается при их расширении в скважине, возникают условия для выпадения асфальто-смоло-парафиновых отложений и снижения вязкости нефти, что в свою очередь также снижает эффективность обработки пласта.Close in technical essence to the present invention is a device for processing bottom-hole formation zone (RF patent No. 2044866, ЕВВ 37/08, ЕВВ 37/00, publ. 09/27/1995). The device comprises a housing with two chambers, windows (openings) for the release of gases, a charging check valve for filling one of the chambers with high pressure gas, a valve assembly for releasing gases into the formation, a pressure gauge for measuring pressure. The valve assembly consists of a large-capacity main valve and an electromagnetic valve that controls the position of the main valve. In the initial position, the gas pressure on the main valve spool is the same on both sides. At the same time, a spring located in the subvalve chamber presses the spool against the seat, which ensures the sealing of the high-pressure chamber. An electromagnetic valve separates the low pressure chamber from the subvalvular cavity connected to the high pressure chamber. The device operates as follows. The high-pressure chamber on the surface is filled with gas. The device on the geophysical cable descends to the processed interval of the reservoir. An electrical control signal is applied to the solenoid valve from the surface. The solenoid valve opens and connects the subvalve chamber to the low pressure chamber. As a result of the pressure drop in the subvalve chamber, the shutter of the main valve opens and gas is released into the reservoir. After the electrical signal is stopped, the electromagnetic valve closes, the gas pressure on the shutoff valve of the main valve becomes the same on both sides, and it closes under the action of the spring. When the next electrical pulse is applied, the cycle repeats. The main disadvantage of the invention is that after each release of gases their amount in the chamber does not resume, and this leads to a consequent decrease in the pressure of the gases acting on the formation, and as a result to a decrease in the processing efficiency. In addition, due to the low temperature of the gases, which additionally decreases when they expand in the well, conditions arise for the deposition of asphalt-resin-paraffin deposits and a decrease in the viscosity of oil, which in turn also reduces the efficiency of the formation.
Близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ обработки призабойной зоны пласта и погружной генератор импульсов давления для его осуществления (патент РФ №2334873, Е21В 43/263, опубл. 27.09.2008). Генератор импульсов включает герметичный металлический корпус со свободным объемом 3,6 л, расположенный внутри корпуса твердотопливный заряд массой 1 кг, элемент воспламенения заряда, разрывную мембрану, сопловые отверстия и шток для принудительного разрушения разрывной мембраны. В качестве твердого топлива использована композиция, состоящая из нитрата аммония, бихромата калия и эпоксидной смолы. Толщиной разрывной мембраны обеспечивается необходимое давление разрушения мембраны и, следовательно, давление выпуска и воздействия газов на пласт. Способ включает спуск на геофизическом кабеле генератора импульсов в скважину, воспламенение и горение твердотопливного заряда, накопление газообразных продуктов в корпусе генератора до требуемого давления, моментальное открытие проходного сечения в результате разрушения разрывной мембраны и выпуск газов в пласт. Газы проникают в пласт и продавливают под большим давлением скважинную жидкость, что обеспечивает образование в породе пласта трещин, улучшающих гидродинамическую связь пласта и скважины. Достоинством изобретения является применение в нем безопасного медленногорящего твердого топлива, неспособного к взрывчатому превращению. Одновременно с этим, накопление газов под высоким давлением и быстрый выпуск всех накопленных газов обеспечивают импульсное воздействие на пласт с образованием в нем трещин. При этом способ и устройство характеризуются низкой безопасностью, так как в случае недостижения внутри генератора требуемого давления необходимо вручную, на поверхности, с помощью штока принудительно разрушить мембрану, что приведет к резкому выбросу газов в непосредственной близости от технического персонала. Главным недостатком изобретения является наличие лишь одного импульса давления, воздействующего на пласт, от одного генератора за одну спуско-подъемную операцию и как следствие низкая эффективность обработки пласта.Close in technical essence to the present invention is a method of processing the bottom-hole formation zone and a submersible pressure pulse generator for its implementation (RF patent No. 2334873, EV 43/263, publ. 09/27/2008). The pulse generator includes a sealed metal casing with a free volume of 3.6 l, a solid fuel charge weighing 1 kg located inside the casing, a charge ignition element, a bursting disc, nozzle holes and a rod for the forced destruction of the bursting disc. The composition consisting of ammonium nitrate, potassium dichromate, and epoxy resin was used as solid fuel. The thickness of the bursting membrane provides the necessary pressure for the destruction of the membrane and, consequently, the pressure of release and the impact of gases on the reservoir. The method includes launching a pulse generator into the well on a geophysical cable, igniting and burning a solid fuel charge, accumulating gaseous products in the generator housing to the required pressure, instantly opening the passage through the destruction of the bursting membrane and releasing gases into the formation. Gases penetrate into the formation and push the well fluid under high pressure, which ensures the formation of cracks in the formation rock, improving the hydrodynamic connection between the formation and the well. An advantage of the invention is the use of a safe slow burning solid fuel incapable of explosive conversion. At the same time, the accumulation of gases under high pressure and the rapid release of all accumulated gases provide a pulse effect on the formation with the formation of cracks in it. At the same time, the method and device are characterized by low safety, since in case the required pressure is not achieved inside the generator, it is necessary to forcefully destroy the membrane on the surface using a rod, which will lead to a sharp emission of gases in the immediate vicinity of the technical personnel. The main disadvantage of the invention is the presence of only one pressure pulse acting on the reservoir, from one generator in one round trip operation and, as a consequence, low formation processing efficiency.
При сгорании в замкнутом объеме состояние газообразных продуктов описывается уравнением Нобеля-Абеля [Горст А.Г. Пороховые и взрывчатые веществам.: Машиностроение, 1972.]:During combustion in a closed volume, the state of gaseous products is described by the Nobel-Abel equation [Gorst A.G. Powder and explosives. Engineering, 1972.]:
где - Ρ - давление газообразных продуктов; v - объем камеры сгорания; m - масса газообразных продуктов; b - коволюм газов; R - универсальная газовая постоянная, Τ - абсолютная температура газообразных продуктов во фронте горения, Μ - средняя молекулярная масса газообразных продуктов.where - Ρ - pressure of gaseous products; v is the volume of the combustion chamber; m is the mass of gaseous products; b is the covolume of gases; R is the universal gas constant, Τ is the absolute temperature of the gaseous products in the combustion front, Μ is the average molecular weight of the gaseous products.
При этом давление газов, требуемое для образования трещин в пласту, равно [Сулейманов А.Б. Практические расчеты при текущем и капитальном ремонте скважин. Учебное пособие для техникумов. - М.: Недра, 1984]:In this case, the gas pressure required for the formation of cracks in the reservoir is [Suleymanov AB Practical calculations in the current and capital repair of wells. Textbook for technical schools. - M .: Nedra, 1984]:
Рразрыва=ρgH+σп P gap = ρgH + σ p
где ρ - средняя плотность вышележащей породы; g - ускорение свободного падения; Η - глубина залегания продуктивного пласта; σп - средняя прочность породы пласта.where ρ is the average density of the overlying rock; g is the acceleration of gravity; Η - the depth of the reservoir; σ p - average formation rock strength.
Например, для средней глубины залегания пласта равной 2250 м, при средней плотности и прочности пород 2500 кг/м3 и 3 МПа соответственно требуемое давление разрыва пласта составляет:For example, for an average formation depth of 2250 m, with an average density and rock strength of 2500 kg / m 3 and 3 MPa, respectively, the required fracture pressure is:
Pразрыва=2500*9,8*2250+3*106=58,1МПа.P gap = 2500 * 9.8 * 2250 + 3 * 10 6 = 58.1 MPa.
По прототипу в момент разрушения мембраны, при давлении в устройстве, равном давлению разрыва пласта, масса сгоревшего топлива составит:According to the prototype at the time of the destruction of the membrane, at a pressure in the device equal to the pressure of the fracturing, the mass of burnt fuel will be:
Таким образом, после разрушения мембраны под давлением в скважину попадет 0,26 кг газов (26% от общей массы заряда), а остаток топлива догорает в режиме свободного истечения газов. Количество газов, закачиваемых в пласт, можно увеличить, если превысить требуемое давление выпуска газов, установкой более толстой разрывной мембраны. Однако повышение давления выпуска газов повысит аварийность способа, негативно скажется на обсадной колонне скважины, а также потребует увеличение массы корпуса.Thus, after the membrane is destroyed under pressure, 0.26 kg of gases (26% of the total mass of the charge) will fall into the well, and the remaining fuel will burn out in the free flow of gases. The amount of gas injected into the reservoir can be increased by exceeding the required gas discharge pressure by installing a thicker bursting disc. However, increasing the pressure of the exhaust gas will increase the accident rate of the method, adversely affect the casing of the well, and will also require an increase in the mass of the body.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для обработки призабойной зоны пласта (патент РФ №2194852, Е21В 43/25, Е21В 28/00, опубл. 20.12.2002), включающее корпус с расположенными в нем полостью для накопления газов, промежуточной камерой с отверстиями, газогенерирующим составом с элементом инициирования, детектором гамма-излучения, локатором сплошности, клапаном для выпуска газов. В качестве газогенерирующего состава используют смесь азида щелочного металла с окислом металла. Полость для накопления газов, содержащая газогенерирующий состав, отделена клапаном от промежуточной камеры, которая содержит отверстия для выпуска газов в пласт. Клапан выполнен в виде стакана, в котором расположена пружина, прижимающая носовую часть (золотник) к отверстию в перегородке между камерами (седло), и герметизирующая камеру с газогенерирующим составом. Давление открытия затвора и выпуска газов определяется силой прижатия пружины. Обработку пласта проводят следующим образом. Устройство спускают на кабеле в скважину и с помощью детектора устанавливают напротив обрабатываемого интервала. По кабелю инициируют газогенерирующий состав, который в результате химической реакции образует газообразный азот. В результате накопления газа давление в камере растет. Когда давление, воздействующее на затвор, превысит усилие пружины, затвор смещается внутрь стакана, в результате чего открывается отверстие в промежуточную камеру и газы через боковые отверстия попадают в пласт. Главным недостатком устройства является низкая эффективность обработки пласта вследствие низкого давления газов, воздействующих на пласт.The closest in technical essence to the present invention is a device for processing the bottom-hole zone of the formation (RF patent No. 2194852, ЕВВ 43/25, ЕВВ 28/00, publ. 12/20/2002), including a housing with a cavity located in it for gas accumulation, intermediate a chamber with openings, a gas generating composition with an initiation element, a gamma radiation detector, a continuity locator, a valve for releasing gases. As a gas generating composition, a mixture of alkali metal azide with metal oxide is used. The gas accumulation cavity containing the gas generating composition is separated by a valve from the intermediate chamber, which contains openings for discharging gases into the formation. The valve is made in the form of a cup, in which a spring is located, pressing the nose (spool) to the hole in the partition between the chambers (seat), and the sealing chamber with the gas-generating composition. The opening pressure of the shutter and the release of gases is determined by the force of pressing the spring. The formation treatment is carried out as follows. The device is lowered on the cable into the well and with the help of the detector is installed opposite the processed interval. A gas generating composition is initiated via cable, which, as a result of a chemical reaction, forms gaseous nitrogen. As a result of the accumulation of gas, the pressure in the chamber increases. When the pressure exerted on the shutter exceeds the force of the spring, the shutter is displaced into the cup, as a result of which an opening is opened into the intermediate chamber and gases pass through the side openings into the formation. The main disadvantage of this device is the low efficiency of the formation treatment due to the low pressure of the gases acting on the formation.
В использованном перепускном клапане затвор находится в закрытом положении за счет усилия пружины. Сила пружины определяется уравнением:In the used bypass valve, the shutter is in the closed position due to the force of the spring. The spring force is determined by the equation:
FП=k⋅lF P = k⋅l
где - k - жесткость пружины, l - ход пружины (изменение длины).where - k - spring stiffness, l - spring travel (change in length).
Давлению газов в камере устройства по уравнению Нобеля-Абеля соответствует определенная масса сгоревшего газогенерирующего состава. Например, когда сила давления газов становится равна силе пружины, масса сгоревшего состава равна m1. Сгорание дополнительной массы состава Δm обеспечивает прирост силы и давления газов на ΔF и ΔΡ соответственно. Превышение силы давления газов над усилием пружины на величину ΔF приводит к сжатию пружины и уменьшению ее длины на величину:The gas pressure in the chamber of the device according to the Nobel-Abel equation corresponds to a certain mass of burned gas generating composition. For example, when the gas pressure force becomes equal to the spring force, the mass of the burnt composition is m 1 . The combustion of an additional mass of Δm provides an increase in the force and pressure of gases by ΔF and ΔΡ, respectively. The excess of the gas pressure force over the spring force by ΔF leads to compression of the spring and a decrease in its length by:
Сжатие пружины приводит к открытию затвора и выпуску газов в количестве Δm. Давление в камере падает, сила давления газов сравнивается с силой пружины и затвор закрывается. Закрытие затвора приводит к повторному росту давления и новому циклу срабатывания клапана. Процесс продолжается до момента полного расходования газогенерирующего состава. Таким образом, клапан поддерживает постоянное давление в газонакопительной полости и не обеспечивает выпуска всех накопленных газов. Это приводит к генерированию импульсов давления малой амплитуды, недостаточной для очистки пласта от загрязнений, или образованию в породе трещин.Compression of the spring leads to the opening of the shutter and the release of gases in the amount of Δm. The pressure in the chamber drops, the gas pressure force is compared with the spring force and the shutter closes. Closing the valve leads to a repeated increase in pressure and a new valve actuation cycle. The process continues until the gas generating composition is completely consumed. Thus, the valve maintains a constant pressure in the gas storage cavity and does not ensure the release of all accumulated gases. This leads to the generation of pressure pulses of small amplitude, insufficient to clean the formation from contamination, or the formation of cracks in the rock.
Кроме того, после заключительного выпуска в корпусе устройства остаются газы при высоком давлении, которое компенсируется усилием пружины. Конструкция устройства не предусматривает возможности автоматического или принудительного сброса остаточного давления, что не обеспечивает безопасность применения устройства.In addition, after the final release, gases remain at high pressure in the device body, which is compensated by the force of the spring. The design of the device does not provide for the possibility of automatic or forced discharge of residual pressure, which does not ensure the safety of the device.
Использованный в прототипе газогенерирующий состав кроме газов образует большое количество мелкодисперсных твердых продуктов - оксидов металлов. При попадании в пласт мелкодисперсные твердые вещества приводят к ухудшению его проницаемости, что снижает эффективность обработки.The gas-generating composition used in the prototype, in addition to gases, forms a large number of finely divided solid products - metal oxides. When finely dispersed solids enter the formation, their permeability worsens, which reduces the processing efficiency.
Предлагаемое изобретение направлено на повышение эффективности и безопасности импульсной обработки продуктивного пласта горячими газами.The present invention is aimed at improving the efficiency and safety of pulsed processing of the reservoir with hot gases.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для обработки пласта горячими газами, которое содержит корпус с газонакопительной камерой, зарядом твердого топлива и средством инициирования, клапан с золотником, седлом, пружиной сжатия, управляющей камерой, газовыпускной камерой со сквозными боковыми отверстиями, расположенной между управляющей и газонакопительной камерами и отделенной от газонакопительной камеры посредством затвора клапана, новым является то, что управляющая и газонакопительная камеры связаны посредством канала малого сечения, устройство дополнительно содержит предохранительный затвор, расположенный в управляющей камере, гидростатическую камеру со сквозными боковым отверстиями, расположенную между газовыпускной и управляющей камерами, золотник клапана выполнен в виде тарелки, которая расположена внутри газонакопительной камеры и соединена посредством штока с поршнем, диаметр которого больше диаметра тарелки и который расположен между управляющей камерой и гидростатической камерой с возможностью возвратно-поступательного перемещения между ними и подпружинен пружиной сжатия, расположенной в гидростатической камере, причем поршень соединен со штоком с возможностью смещения вдоль последнего.The technical result is achieved in that in a device for treating a formation with hot gases, which comprises a housing with a gas storage chamber, a solid fuel charge and initiating means, a valve with a spool valve, a seat, a compression spring, a control chamber, a gas outlet chamber with through side openings located between the control and gas storage chambers and separated from the gas storage chamber by means of a valve shutter, it is new that the control and gas storage chambers are connected by of small cross-sectional area, the device additionally contains a safety shutter located in the control chamber, a hydrostatic chamber with through side holes located between the gas outlet and control chambers, the valve spool is made in the form of a plate, which is located inside the gas storage chamber and is connected via a rod to a piston, the diameter of which larger than the diameter of the plate and which is located between the control chamber and the hydrostatic chamber with the possibility of reciprocating movement Nia therebetween and is biased by a compression spring disposed in the hydrostatic chamber, the piston being connected to a rod displaceable along the latter.
Заряд твердого топлива изготавливают из кислотогенерирующей композиции, содержащей в стехиометрическом соотношении окислитель, например нитрат аммония, фторсодержащий компонент, например фторопласт, хлорсодержащий компонент, например поливинилхорид, и способной в результате экзотермической химической реакции к образованию газообразных соляной и плавиковой кислот, которые растворяют загрязнения и породу пласта.A solid fuel charge is made from an acid-generating composition containing, in a stoichiometric ratio, an oxidizing agent, for example ammonium nitrate, a fluorine-containing component, such as fluoroplastic, a chlorine-containing component, such as polyvinylchloride, and capable of gaseous hydrochloric and hydrofluoric acids, which dissolve pollution and rock, as a result of an exothermic chemical reaction. layer.
Сущность изобретения заключается в обеспечении многократного накопления горячих газов в камере устройства и многократного быстрого автоматического выпуска всех накопленных газов в пласт при достижении заданного давления.The essence of the invention is to provide multiple accumulation of hot gases in the chamber of the device and multiple rapid automatic release of all accumulated gases into the reservoir when a given pressure is reached.
Предлагаемое устройство (фиг. 1) включает корпус 1 и клапан 2. В корпусе устройства расположена газонакопительная камера 3, заряд твердого топлива 4 и средство инициирования 5. Корпус устройства, представляющий собой толстостенную металлическую трубу, защищает заряд твердого топлива от воздействия скважинной жидкости, а газонакопительная камера обеспечивает накопление горячих газов, образующихся в результате горения заряда твердого топлива. Заряд твердого топлива представляет собой плотный и прочный цилиндр, изготовленный из газогенерирующей композиции, способной к самоподдерживающейся экзотермической горюче-окислительной химической реакции с образованием горячих, преимущественно газообразных продуктов. Газогенерирующая композиция в зависимости от состава компонентов может генерировать химически активные газообразные продукты, способные к растворению породы продуктивного пласта, асфальто-смоло-парафиновых отложений и загрязнений пласта буровыми и цементными растворами. Средство инициирования, представляющее собой спираль накаливания или серийно выпускаемый электровоспламенитель, например ЭИ-2Т, обеспечивает первоначальное воспламенение заряда твердого топлива при подаче на него электрического напряжения с земной поверхности.The proposed device (Fig. 1) includes a
Клапан устройства содержит золотник, выполненный в виде тарелки 6, соединенной посредством штока 7 с поршнем 8, седло 9, газовыпускную камеру 10 с боковыми отверстиями 11, гидростатическую камеру 12 с боковыми отверстиями 13, пружину сжатия 14, управляющую камеру 15 с предохранительным затвором 16, канал малого сечения 17.The valve of the device contains a spool made in the form of a
Перемещением тарелки относительно седла обеспечивается изменение проходного сечения клапана и расхода газов. Например, смещение тарелки внутрь газонакопительной камеры обеспечивает открытие клапана. Расположение тарелки внутри газонакопительной камеры повышает герметичность затвора, так как усилие ее прижатия к седлу увеличивается в процессе накопления газов в газонакопительной камере.By moving the plate relative to the seat, a change in the valve orifice and gas flow is ensured. For example, the displacement of the plate inside the gas storage chamber allows the valve to open. The location of the plate inside the gas storage chamber increases the tightness of the shutter, since the force of its pressing against the saddle increases during the accumulation of gases in the gas storage chamber.
Газовыпускная камера служит для приема газов из газонакопительной камеры и их выпуска в скважину через сквозные боковые отверстия.The gas outlet chamber is used to receive gases from the gas storage chamber and to release them into the well through the through lateral openings.
Управляющая камера, соединенная с газонакопительной камерой посредством канала малого сечения, служит для накопления энергии газов, которая при достижении в газонакопительной камере заданной величины давления обеспечивает быстрое открытие клапана.A control chamber connected to the gas storage chamber by means of a small cross-section channel serves to accumulate gas energy, which, when the set pressure is reached in the gas storage chamber, ensures quick opening of the valve.
Предохранительный затвор обеспечивает принудительный выпуск остаточных газов из газонакопительной и управляющей камер после подъема устройства на поверхность.A safety shutter provides forced release of residual gases from the gas storage and control chambers after lifting the device to the surface.
Поршень обеспечивает передачу посредством штока силы давления газов, накопленных в управляющей камере, к тарелке.The piston provides the transmission through the rod of the pressure force of the gases accumulated in the control chamber to the plate.
Гидростатическая камера, связанная с внешней средой боковыми отверстиями, обеспечивает компенсацию давления внешней среды на верхний торец тарелки путем подвода давления внешней среды к нижнему торцу поршня.The hydrostatic chamber associated with the external medium by the lateral openings compensates for the environmental pressure at the upper end of the plate by applying the external pressure to the lower end of the piston.
Пружина сжатия, расположенная в гидростатической камере, воздействует на нижний торец поршня и обеспечивает прижатие тарелки к седлу, закрытие клапана и удержание его в таком положении до момента достижения давлением в газонакопительной камере заданной величины.A compression spring located in the hydrostatic chamber acts on the lower end of the piston and ensures that the plate is pressed against the seat, closing the valve and holding it in this position until the pressure in the gas accumulation chamber reaches a predetermined value.
Золотник клапана находиться под воздействием двух противоположно направленных сил давления внешней среды (скважинной жидкости), заполняющей гидростатическую и газовыпускную камеры, двух противоположно направленных сил давления внутренней среды, заполняющей газонакопительную камеру и управляющую камеру, а также усилия пружины сжатия.The valve spool is under the influence of two oppositely directed pressure forces of the external medium (well fluid) filling the hydrostatic and gas outlet chambers, two oppositely directed pressure forces of the internal medium filling the gas storage chamber and the control chamber, as well as the forces of the compression spring.
Устройство работает следующим образом. Перемещая поршень относительно штока, изменяют начальную длину пружины, устанавливая, таким образом, необходимое усилие, которое обеспечит закрытие клапана и удержание его в таком положении до достижения требуемого давления выпуска газов. Подсоединяют устройство к геофизическому кабелю. С помощью геофизического подъемника устройство спускают в скважину и устанавливают напротив обрабатываемого интервала пласта. При спуске газовыпускная и гидростатическая камеры через боковые отверстия заполняются скважинной жидкостью. Давление жидкости в газовыпускной камере на верхний торец тарелки уравновешивается давлением жидкости в гидростатической камере на нижний торец поршня.The device operates as follows. By moving the piston relative to the rod, the initial spring length is changed, thus setting the necessary force that will ensure that the valve closes and holds it in this position until the required gas discharge pressure is reached. Connect the device to the geophysical cable. Using a geophysical elevator, the device is lowered into the well and installed opposite the treated interval of the formation. During the descent, the gas outlet and hydrostatic chambers are filled with well fluid through the side openings. The pressure of the liquid in the gas outlet chamber on the upper end of the plate is balanced by the pressure of the liquid in the hydrostatic chamber on the lower end of the piston.
Для запуска устройства к концам геофизического кабеля, на поверхности, подводят электрическое напряжение, в результате чего средство инициирования зажигает заряд твердого топлива. В результате химической реакции компонентов твердого топлива в газонакопительной камере накапливаются горячие газообразные продукты горения, которые через переточный канал заполняют управляющую камеру. Так как диаметр поршня больше диаметра тарелки, в процессе накопления газов сила давления газов на верхний торец поршня в управляющей камере будет увеличиваться быстрее, чем сила давления газов на нижний торец тарелки в газонакопительной камере. Когда сила давления газов на верхний торец поршня превысит усилие пружины и силу давления газов на нижний торец тарелки золотник клапана сместится вниз, проходное сечение увеличится и газы из газонакопительной камеры с более высоким давлением устремляются в газовыпускную камеру с более низким давлением. Давление в газонакопительной камере упадет, в результате чего в газонакопительную камеру через канал малого сечения начнут перетекать газы из управляющей камеры. Из-за малого сечения канала, ограничивающего расход газов, разность между давлением в управляющей камере и давлением в газонакопительной камере будет стремительно увеличиваться, что ускорит смещение золотника вниз и обеспечит быстрое и полное открытие клапана и соответственно быстрый выпуск накопленных газов.To start the device, voltage is applied to the ends of the geophysical cable, on the surface, as a result of which the initiating means ignites a charge of solid fuel. As a result of the chemical reaction of the solid fuel components in the gas storage chamber, hot gaseous combustion products accumulate, which fill the control chamber through the transfer channel. Since the piston diameter is larger than the diameter of the plate, in the process of gas accumulation, the pressure force of gases on the upper end of the piston in the control chamber will increase faster than the pressure force of gases on the lower end of the plate in the gas storage chamber. When the gas pressure force at the upper end of the piston exceeds the spring force and the gas pressure force at the lower end of the plate, the valve spool moves down, the flow area increases and the gases from the gas storage chamber with a higher pressure rush into the gas outlet chamber with a lower pressure. The pressure in the gas storage chamber will drop, as a result of which gases will flow from the control chamber into the gas storage chamber through a small section. Due to the small cross-section of the channel restricting the gas flow, the difference between the pressure in the control chamber and the pressure in the gas storage chamber will increase rapidly, which will accelerate the slide down and provide a quick and complete opening of the valve and, accordingly, the rapid release of accumulated gases.
Газы из газовыпускной камеры через боковые отверстия попадают в скважину. В скважине образуется область повышенного давления, которая обеспечивает продавливание газожидкостной смеси в породу пласта. Под воздействием давления в породе пласта образуются трещины, повышающие его проницаемость. Кроме того, химически активные газы, смешиваясь со скважинной жидкостью, образуют растворы, которые растворяют породу и загрязнения пласта, что дополнительно улучшает его проницаемость.Gases from the gas outlet chamber through the side openings enter the well. In the well, an increased pressure region is formed, which ensures the forcing of the gas-liquid mixture into the formation rock. Under the influence of pressure in the formation rock, cracks are formed that increase its permeability. In addition, chemically active gases, mixing with the well fluid, form solutions that dissolve the formation and contaminants of the formation, which further improves its permeability.
Постепенное снижение давления газов в управляющей камере и продолжающийся процесс горения твердого топлива в газонакопительной камере приводят к тому, что сила давления газов и усилие пружины на нижний торец тарелки превысят силу давления газов на поршень, что обеспечит закрытие клапана.A gradual decrease in gas pressure in the control chamber and the ongoing process of burning solid fuel in the gas storage chamber lead to the fact that the gas pressure force and the spring force on the lower end of the plate will exceed the gas pressure on the piston, which will ensure the valve closes.
В результате продолжающегося горения заряда твердого топлива давление в газонакопительной камере будет расти. При достижении заданного давления клапан снова откроется и произойдет выпуск газов в пласт. Процессы накопления и последующего выпуска газов будут повторяться до момента полного сгорания заряда твердого топлива. Многократность импульсного воздействия на продуктивный пласт значительно повышает эффективность обработки за счет образования трещин большей длины и закачивания активных продуктов горения твердого топлива на большую глубину.As a result of continued combustion of the charge of solid fuel, the pressure in the gas storage chamber will increase. When the set pressure is reached, the valve opens again and gases are released into the reservoir. The processes of accumulation and subsequent release of gases will be repeated until the solid fuel charge is completely burned. The multiplicity of pulsed impact on the reservoir significantly increases the processing efficiency due to the formation of cracks of greater length and pumping the active combustion products of solid fuel to a greater depth.
После полного сгорания твердого топлива, что фиксируется с поверхности по прекращению рывков геофизического кабеля, устройство поднимают на поверхность. При этом в газонакопительной камере газы, оставшиеся после последнего выпуска. В целях повышения безопасности применения устройства после подъема устройства на поверхность открывают предохранительный затвор, в результате чего происходит безопасный выпуск газов, оставшихся в газонакопительной и управляющей камерах.After complete combustion of solid fuel, which is fixed from the surface upon termination of jerking of the geophysical cable, the device is lifted to the surface. At the same time, in the gas storage chamber there are gases remaining after the last release. In order to increase the safety of using the device, after lifting the device to the surface, a safety shutter is opened, as a result of which the safe release of gases remaining in the gas storage and control chambers takes place.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016114219A RU2661487C2 (en) | 2016-04-12 | 2016-04-12 | Device for processing of production formation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016114219A RU2661487C2 (en) | 2016-04-12 | 2016-04-12 | Device for processing of production formation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016114219A RU2016114219A (en) | 2017-10-17 |
| RU2661487C2 true RU2661487C2 (en) | 2018-07-17 |
Family
ID=60120279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016114219A RU2661487C2 (en) | 2016-04-12 | 2016-04-12 | Device for processing of production formation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2661487C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2744286C1 (en) * | 2020-12-04 | 2021-03-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова» | Well bottomhole treatment device |
| RU218911U1 (en) * | 2023-02-21 | 2023-06-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | GAS INFLOW CONTROL DEVICE |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4945984A (en) * | 1989-03-16 | 1990-08-07 | Price Ernest H | Igniter for detonating an explosive gas mixture within a well |
| SU1694865A1 (en) * | 1988-12-07 | 1991-11-30 | Татарский Государственный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Нефтяной Промышленности | Device for treating bottom-hole zone |
| RU2044866C1 (en) * | 1992-12-30 | 1995-09-27 | Владимир Тихонович Яковлев | Pneumatic tool for treatment of bottom-hole formation zone |
| RU2138630C1 (en) * | 1999-03-29 | 1999-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью фирма "Силен" | Device for treating bottom-hole zone of bed |
| RU2173775C1 (en) * | 2001-01-24 | 2001-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью фирма "Силен" | Method of treatment of bottom-hole zone and device for its embodiment |
| RU2194852C1 (en) * | 2001-04-23 | 2002-12-20 | Губарь Владимир Алексеевич | Device for treatment of bottom-hole formation zone |
-
2016
- 2016-04-12 RU RU2016114219A patent/RU2661487C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1694865A1 (en) * | 1988-12-07 | 1991-11-30 | Татарский Государственный Научно-Исследовательский И Проектный Институт Нефтяной Промышленности | Device for treating bottom-hole zone |
| US4945984A (en) * | 1989-03-16 | 1990-08-07 | Price Ernest H | Igniter for detonating an explosive gas mixture within a well |
| RU2044866C1 (en) * | 1992-12-30 | 1995-09-27 | Владимир Тихонович Яковлев | Pneumatic tool for treatment of bottom-hole formation zone |
| RU2138630C1 (en) * | 1999-03-29 | 1999-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью фирма "Силен" | Device for treating bottom-hole zone of bed |
| RU2173775C1 (en) * | 2001-01-24 | 2001-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью фирма "Силен" | Method of treatment of bottom-hole zone and device for its embodiment |
| RU2194852C1 (en) * | 2001-04-23 | 2002-12-20 | Губарь Владимир Алексеевич | Device for treatment of bottom-hole formation zone |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2744286C1 (en) * | 2020-12-04 | 2021-03-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М. В. Ломоносова» | Well bottomhole treatment device |
| RU218911U1 (en) * | 2023-02-21 | 2023-06-19 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" | GAS INFLOW CONTROL DEVICE |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016114219A (en) | 2017-10-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8522863B2 (en) | Propellant fracturing system for wells | |
| CN106103888B (en) | Firing device with time delay and metering system | |
| US7044225B2 (en) | Shaped charge | |
| US20030037692A1 (en) | Use of aluminum in perforating and stimulating a subterranean formation and other engineering applications | |
| US10858922B2 (en) | System and method of delivering stimulation treatment by means of gas generation | |
| CN101737026A (en) | Controllable pulse gas energy pressure cracking device | |
| RU2344282C2 (en) | Borehole cyclic generator of compression pulses and method of pay permeability increase | |
| CN112664166A (en) | Composite perforating negative pressure device using partition detonator delay | |
| CN113898330A (en) | Horizontal well open hole section methane in-situ perforation, combustion, explosion and fracturing integrated device and method | |
| WO2006045248A1 (en) | A high-energy gas fracture tool for through-tubing operation | |
| US5540293A (en) | Firing Head | |
| RU2661487C2 (en) | Device for processing of production formation | |
| US2565788A (en) | Gun perforator for well casings | |
| RU2469180C2 (en) | Perforation and treatment method of bottom-hole zone, and device for its implementation | |
| CN102052066A (en) | Dynamic seal pressing method and device for improving complex perforation pressing crack effect | |
| RU2633883C1 (en) | Perforation and bottomhole treatment method and device for its implementation | |
| RU2493352C1 (en) | Device and method for thermal gas-hydrodynamic oil and gas formation fracture (versions) | |
| US8210105B2 (en) | Method and device for detonating an explosive charge | |
| CN105605998A (en) | Explosion diode | |
| RU183758U1 (en) | DEVICE FOR PROCESSING THE BOREHOLE ZONE OF THE LAYER DOWN INTO A PIPE WELL | |
| US2923204A (en) | Propellant chamber means | |
| RU2569389C1 (en) | Formation fracturing method and device for its implementation | |
| RU2092682C1 (en) | Method of treating reservoir with liquid combustible-oxidizing compound | |
| RU44740U1 (en) | DEVICE FOR OPENING AND PROCESSING THE BOREHING HOLE ZONE | |
| RU2245440C2 (en) | Method for perforation and treatment of well-adjacent bed zone and device for realization of said method (variants) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HE9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190413 |