RU2071556C1

RU2071556C1 - Device for thermo-gas-chemical treatment of productive stratum

Info

Publication number: RU2071556C1
Application number: RU94017163/03A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Михневич; Б.И. Тульбович; П.М. Южанинов; А.П. Талалаев; Э.Ф. Охрименко; Н.М. Пивкин; Н.М. Пелых
Original assignee: Пермский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности; Научно-исследовательский институт полимерных материалов
Priority date: 1994-05-10
Filing date: 1994-05-10
Publication date: 1997-01-10

Abstract

FIELD: oil and gas industry. SUBSTANCE: by selecting mode of burning of powder charge in proposed device it is possible to ensure efficient thermo-gas-chemical treatment of productive stratum both close to bore hole (by high frequency oscillations) and at large distance from it (up to hundreds meters) in depth of productive stratum (by low frequency oscillations). Integrity of casing string and of cement stone around it is guaranteed. EFFECT: high efficiency. 5 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам, изготовленным из твердотопливных зарядов, которые в процессе их сжигания в стволе скважины осуществляют термогазохимическую обработку продуктивного пласта с целью повышения добычи нефти и газа за счет повышения фильтрационных характеристик горных пород и очистки прискважинной зоны пласта от накопившихся во время предыдущей эксплуатации скважины асфальто-смоло-парафинистых отложений, продуктов химических реакций, песчано-глинистых частиц и т. п. The invention relates to the oil and gas industry, in particular to devices made of solid propellant charges, which during their combustion in the wellbore carry out thermogasochemical treatment of a productive formation in order to increase oil and gas production by increasing the filtration characteristics of rocks and cleaning the borehole formation zone from accumulated during the previous operation of the well, asphalt-resin-paraffin deposits, chemical reaction products, sand and clay particles, etc.

Известно устройство для термогазохимической обработки продуктивного пласта, включающее опускаемый в скважину на кабель-тросе и выполненный в виде сплошной цилиндрической шашки с воспламенителем и с центральным круглым каналом бескорпусный заряд из твердотопливного материала, а именно из баллиститного пороха. Для обеспечения стабильного горения в материал заряда вводят наполнитель стабилизатор горения. A device is known for thermogasochemical treatment of a productive formation, including a shell without charge from solid fuel material, namely ballistic powder, which is lowered into a well on a cable cable and made in the form of a continuous cylindrical block with an igniter and with a central circular channel. To ensure stable combustion, a combustion stabilizer is introduced into the charge material.

Это известное устройство наиболее близко к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту и принято за прототип. This known device is the closest to the proposed technical essence and the achieved effect and is taken as a prototype.

Устройство устанавливают в скважине в интервале подлежащего обработке продуктивного пласта. По кабелю на воспламенитель подают электрический ток, от которого заряд воспламеняется и горит. The device is installed in the well in the interval of the reservoir to be processed. An electric current is supplied through the cable to the igniter, from which the charge ignites and burns.

При горении порохового заряда зона продуктивного пласта подвергается одновременному механическому, тепловому и физико-химическому воздействию продуктов горения. When burning a powder charge, the zone of the reservoir is exposed to the simultaneous mechanical, thermal and physico-chemical effects of the combustion products.

Механическое воздействие приводит к образованию в продуктивном пласте дополнительных остаточных трещин от проникновения в поры пласта газов и скважинной жидкости под большим давлением, образуемым в результате сгорания порохового заряда. При этом попутно происходит разрушение образовавшихся в процессе предыдущей эксплуатации скважины водонефтяных барьеров, очистка прискважинной зоны от продуктов химических реакций и песчано-глинистых частиц. Mechanical impact leads to the formation in the reservoir of additional residual cracks from penetration into the pores of the reservoir of gases and well fluid under high pressure generated by the combustion of the powder charge. In this case, along the way, water-oil barriers formed during the previous operation of the well are destroyed, and the near-wellbore zone is cleared of chemical reaction products and sandy-clay particles.

Тепловое воздействие продуктов горения ведет к расплавлению асфальто-смоло-парафинистых отложений и усилению химических реакций, возникающих в пласте при горении порохового заряда. The thermal effect of the combustion products leads to the melting of the asphalt-resin-paraffin deposits and the intensification of chemical reactions that occur in the formation during the combustion of the powder charge.

Физико-химическое воздействие продуктов горения обеспечивает снижение коэффициентов вязкости и поверхностного натяжения нефти на границе с водой, частичное растворение карбонатных пород и цемента и около скважины. The physico-chemical effect of the combustion products provides a reduction in the viscosity and surface tension coefficients of oil at the border with water, partial dissolution of carbonate rocks and cement and around the well.

Однако это известное устройство далеко не в полной мере использует потенциальные возможности порохового заряда и по этой причине эффективность работы известного устройства ограничена. Это связано с тем, что наполнители
стабилизаторы горения в баллиститные пороха вводят, как правило, свыше 1,5
2,0 от массы заряда для обеспечения его стабильного горения. Поэтому при сжигании известного порохового заряда термогазохимическое воздействие проявляется лишь в непосредственной близости от скважины (не более 60 150 см от ствола скважины) и совсем не распространяется на большую глубину продуктивного пласта.However, this known device does not fully utilize the potential capabilities of the powder charge, and for this reason the efficiency of the known device is limited. This is due to the fact that fillers
combustion stabilizers are introduced into ballistic gunpowder, as a rule, over 1.5
2.0 by mass of the charge to ensure its stable combustion. Therefore, when burning a known powder charge, the thermogasochemical effect is manifested only in the immediate vicinity of the well (not more than 60 150 cm from the wellbore) and does not extend to a large depth of the reservoir.

Кроме того, известное устройство имеет недостаточную эксплуатационную надежность, так как во многих случаях (до 60) при горении в скважине такие пороховые заряды разрываются до окончания их сгорания из-за того, что при сжигании такого заряда продукты горения не успевают своевременно выйти из центрального круглого канала, повышая в нем давление. Когда давление в канале превысит величину давления вокруг заряда, он разрывается. In addition, the known device has insufficient operational reliability, since in many cases (up to 60) when burning in a well, such powder charges burst before their combustion due to the fact that when burning such a charge, the combustion products do not have time to leave the central round channel, increasing the pressure in it. When the pressure in the channel exceeds the pressure around the charge, it bursts.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства путем обеспечения при его работе увеличения глубины обработки пласта за счет создания вибрационного и/или пульсирующего режима горения заряда при одновременном повышении эксплуатационной надежности устройства. The aim of the invention is to increase the efficiency of the device by providing during its operation an increase in the depth of the formation by creating a vibrational and / or pulsating mode of charge burning while increasing the operational reliability of the device.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для термогазохимической обработки продуктивного пласта, включающем опускаемый в скважину на кабель-тросе и выполненный в виде сплошной цилиндрической шашки с воспламенителем и с центральным круглым каналом бескорпусный заряд из тведотопливного материала, например баллиститного пороха, с наполнителем - стабилизатором горения, соотношение длины центрального круглого канала заряда и диаметра указанного канала выполнено равным (40 120) 1, причем перпендикулярно центральному круглому каналу в теле заряда по его длине дополнительно выполнены ряды поперечных сквозных каналов диаметрами 0,25 1,0 от диаметра центрального круглого канала, при этом в каждом ряду поперечные сквозные каналы выполнены пересекающимися под прямым углом друг к другу, причем расстояние по длине заряда между каждыми двумя соседними рядами поперечных сквозных каналов выполнено равным (20 40) 1 длины центрального круглого канала к его диаметру, а содержание наполнителя стабилизатора горения к общей массе заряда выполнено не более 0,6
Было установлено, что, если содержание наполнителя стабилизатора в пороховом заряде будет выполнено не более 0,6 от массы заряда, тогда полностью исключается стабильный режим его горения. Горение заряда будет вибрационным и/или пульсирующим, в результате чего в полости центрального круглого канала устройства создаются колебания давления.This goal is achieved by the fact that in the known device for thermogas-chemical treatment of a productive formation, which includes a continuous cylindrical block with an igniter and with a central circular channel, which is lowered into the well on a cable cable, with a solid charge from solid fuel material, for example ballistic powder, with a filler - combustion stabilizer, the ratio of the length of the Central circular channel of the charge and the diameter of the specified channel is equal to (40 120) 1, and perpendicular to the central circle The hollow channel in the charge body along its length is additionally made rows of transverse through channels with diameters of 0.25 1.0 from the diameter of the central circular channel, while in each row the transverse through channels are intersected at right angles to each other, and the distance along the length of the charge between every two adjacent rows of transverse through channels is equal to (20 40) 1 the length of the central circular channel to its diameter, and the content of the filler of the combustion stabilizer to the total charge mass is made no more than 0.6
It was found that if the content of the stabilizer filler in the powder charge is not more than 0.6 of the mass of the charge, then the stable mode of its combustion is completely excluded. The combustion of the charge will be vibrational and / or pulsating, as a result of which pressure fluctuations are created in the cavity of the central circular channel of the device.

Благодаря тому, что в заявляемом устройстве было предложено перпендикулярно центральному круглому каналу в теле заряда по его длине дополнительно выполнить ряды поперечных пересекающих под прямым углом друг к другу сквозных каналов, обеспечивается передача в наиболее полном объеме всей возникающей при горении заряда энергии из полости центрального канала через ряды поперечных сквозных каналов во все стороны вглубь обрабатываемого пласта по всей высоте заряда. Кроме того, через указанные поперечные каналы в теле заряда обеспечивается свободный и своевременный выход продуктов горения из полости центрального круглого канала, что предотвращает разрыв тела заряда в течение всего времени его горения. Due to the fact that in the inventive device it was proposed perpendicular to the central circular channel in the charge body along its length to additionally perform rows of transverse through channels intersecting at right angles to each other, the most complete transmission of all energy arising from the combustion of the charge from the cavity of the central channel through rows of transverse through channels in all directions deep into the treated formation over the entire charge height. In addition, through these transverse channels in the charge body, a free and timely exit of combustion products from the cavity of the central circular channel is ensured, which prevents the charge body from breaking during the entire time of its burning.

При этом, было неожиданно установлено, что соотношение длины центрального круглого канала заряда и диаметра указанного канала должно быть выполнено равным (40 120) 1, расстояние между каждыми двумя соседними рядами поперечных сквозных каналов по длине заряда должно быть выполнено равным (20 - 40) 1 длины центрального круглого канала к его диаметру, а диаметр сквозных каналов должен быть выполнен равным 0,25 1,0 диаметра центрального круглого канала. Только при таком предложенном соотношении размеров элементов предлагаемого устройства в совокупности с введением стабилизатора горения не более 0,6 от массы заряда, появилась возможность еще и усилить создаваемые в центральном круглом канале заряда вибрационные и/или пульсирующие колебания давления. At the same time, it was unexpectedly found that the ratio of the length of the central circular channel of the charge and the diameter of the specified channel should be equal to (40 120) 1, the distance between each two adjacent rows of transverse through channels along the length of the charge should be equal to (20 - 40) 1 the length of the central circular channel to its diameter, and the diameter of the through channels should be equal to 0.25 1.0 of the diameter of the central circular channel. Only with such a proposed ratio of the sizes of the elements of the proposed device, in conjunction with the introduction of a combustion stabilizer of not more than 0.6 of the mass of the charge, it became possible to strengthen the vibrational and / or pulsating pressure fluctuations created in the central circular channel of the charge.

Увеличение расстояния между рядами поперечных сквозных каналов выше указанных пределов приведет к тому, что продукты горения не будут успевать выходить из центрального круглого канала и давление в полости этого канала возрастет до величины, превышающей давление в окружающей среде, в результате чего из-за перепада давлений заряд будет разрываться, не успев сгореть. А уменьшение длины центрального круглого канала не обеспечит создания колебаний давления в полости этого канала из-за сильных краевых эффектов, приводящих к потере энергии через торцы заряда. Increasing the distance between the rows of transverse through channels above the specified limits will cause the combustion products to not have time to leave the central round channel and the pressure in the cavity of this channel will increase to a value exceeding the pressure in the environment, as a result of which the charge will will burst before it burns. A decrease in the length of the central circular channel will not ensure the creation of pressure fluctuations in the cavity of this channel due to the strong edge effects leading to the loss of energy through the ends of the charge.

Таким образом, благодаря предложенной совокупности существенных признаков, предлагаемое устройство для термогазохимической обработки продуктивного пласта кроме механического, теплового, физико-химического воздействия обеспечивает дополнительно еще и волновое (высокочастотное и/или низкочастотное) воздействие на продуктивный пласт за счет обеспечения вибрационного и/или пульсирующего режимов горения заряда при одновременном повышении эксплуатационной надежности устройства, т. е. исключения разрыва заряда во время его горения. Thus, thanks to the proposed combination of essential features, the proposed device for thermogasochemical treatment of the reservoir, in addition to mechanical, thermal, physico-chemical effects, also provides a wave (high-frequency and / or low-frequency) effect on the reservoir by providing vibration and / or pulsating modes charge burning while increasing the operational reliability of the device, i.e., eliminating rupture of the charge during its burning.

На фиг. 1 дан общий вид устройства, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А А на фиг. 1; на фиг. 3 зависимости изменения давления в скважине при вибрационном горении заряда; на фиг. 4 колебания давления в диапазоне а в на фиг. 3; на фиг. 5 зависимости изменения давления при пульсирующем режиме горения заряда. In FIG. 1 shows a General view of the device, a longitudinal section; in FIG. 2, section A A in FIG. one; in FIG. 3 dependences of changes in pressure in the well during vibrational combustion of a charge; in FIG. 4 pressure fluctuations in the range a in FIG. 3; in FIG. 5 dependences of pressure changes during a pulsating charge burning mode.

Устройство содержит бескорпусный заряд 1, выполненный в виде сплошной цилиндрической шашки с воспламенителем 2 по торцам и с центральным круглым каналом 3. The device contains an unpacked charge 1, made in the form of a continuous cylindrical checker with an igniter 2 at the ends and with a central circular channel 3.

Заряд 1 выполнен, например, из неметаллизированного баллиститного пороха, либо может быть выполнен из неметаллизированного смесевого твердого ракетного топлива. Charge 1 is made, for example, of non-metallized ballistic gunpowder, or can be made of non-metallized mixed solid rocket fuel.

Соотношение длины центрального круглого канала 3 и диаметра указанного канала выполнено равным (40 120) 1. Перпендикулярно центральному каналу 3 в теле заряда 1 дополнительно выполнены ряды пересекающихся под прямым углом друг к другу поперечных сквозных каналов 4 (фиг. 1 и 2), при этом расстояние L между каждым двумя соседними рядами таких каналов 4 по длине заряда 1 выполнено равным (20 40) 1 длины центрального круглого канала 3 к его диаметру, а диаметры поперечных сквозных каналов 4 выполнены равными 0,25 - 1,0 диаметра центрального круглого канала 3. По обоим бокам заряда 1 с наружной стороны на всю его длину выполнены пазы 5. The ratio of the length of the central circular channel 3 and the diameter of the specified channel is made equal to (40 120) 1. Perpendicular to the central channel 3 in the charge body 1, there are additionally rows of transverse through channels 4 intersecting at right angles to each other (Fig. 1 and 2), while the distance L between each two adjacent rows of such channels 4 along the length of the charge 1 is equal to (20 40) 1 the length of the central round channel 3 to its diameter, and the diameters of the transverse through channels 4 are made equal to 0.25 - 1.0 of the diameter of the central round channel 3 . By both sides of the charge 1 from the outside for its entire length are grooves 5.

Содержание наполнителя стабилизатора горения к общей массе заряда 1 не более 0,6
Нижний торец заряда 1 устанавливают на поддон 6, на верхнем торце заряда 1 устанавливают крышку 7 с отверстием в центре. Через поддон 6 и через оба боковых паза 5 заряда 1 пропускают гибкий элемент 8, например тросик. Над верхним торцем заряда 1 оба гибких элемента 8 закрепляют на скобе 9, которая подвешена на нижнем конце кабель-троса 10. Снаружи на заряд 1 надевают втулки-обоймы 11. Электропровод 12 кабель-троса 10 подключают к воспламенителю 2 заряда 1.The content of the filler of the combustion stabilizer to a total charge mass of 1 not more than 0.6
The lower end of the charge 1 is installed on the pallet 6, on the upper end of the charge 1, a cover 7 is installed with a hole in the center. A flexible element 8, for example a cable, is passed through a pallet 6 and through both side grooves 5 of charge 1. Above the upper end of the charge 1, both flexible elements 8 are fixed on a bracket 9, which is suspended at the lower end of the cable-cable 10. Outside, the sleeve-clips 11 are put on the charge 1. The electric wire 12 of the cable-cable 10 is connected to the igniter 2 of charge 1.

Устройство опускают в скважину на кабель-тросе 10 на требуемую глубину в подлежащий обработке интервал продуктивного пласта. В зависимости от мощности интервала, подлежащего обработке, в скважину может быть опущено несколько устройств, соединенных последовательно друг с другом. После установки устройства в заданном интервале скважины на воспламенитель 2 подается электрический ток, и заряд 1 воспламеняется. Заряд 1 начинает гореть по центральному каналу 3 сверху и снизу с дальнейшим вовлечением в процесс горения центральной части заряда 1 по каналу 3 и по боковой поверхности заряда 1. Возникающие в полости центрального канала 3 устройства колебания давления излучаются в окружающую среду через поперечные сквозные каналы 4 заряда 1 и частично через торцевые отверстия заряда 1. Далее колебания энергии передаются из ствола скважины через перфорационные отверстия скважины в обрабатываемый пласт, в результате чего происходят колебательные процессы в самом обрабатываемом пласте, а именно возникают резонансные колебания отдельных частиц и блоков, сопровождающиеся выделением внутренней энергии напряженного состояния пород в виде вторичного акустического излучения. Первичные колебания от устройства в совокупности с этим излучением влияют на физико-химические свойства флюидов, вызывая изменение фильтрационных характеристик и структуры пластовой жидкости за счет частичной дегазации и последующего растворения выделившегося газа, упрощения молекулярной структуры, увеличения диаметра фильтрационных каналов и т. д. Все это в комплексе приводит к образованию микротрещин, снижению степени неоднородности пласта, а также снижению вязкости пластовой нефти. The device is lowered into the well on the cable 10 to the required depth in the interval of the reservoir to be processed. Depending on the power of the interval to be processed, several devices connected in series with each other can be lowered into the well. After installing the device in a predetermined interval of the well, an electric current is supplied to the igniter 2, and the charge 1 is ignited. Charge 1 begins to burn along the central channel 3 from above and below with further involvement in the combustion process of the central part of charge 1 through channel 3 and along the lateral surface of charge 1. Pressure fluctuations arising in the cavity of the central channel 3 of the device are radiated into the environment through transverse through charge channels 4 1 and partially through the end openings of charge 1. Further, the energy fluctuations are transmitted from the wellbore through the perforation holes of the well into the treated formation, as a result of which oscillatory processes occur in the treated formation, namely, resonant vibrations of individual particles and blocks occur, accompanied by the release of internal energy of the stressed state of the rocks in the form of secondary acoustic radiation. The primary vibrations from the device in conjunction with this radiation affect the physicochemical properties of the fluids, causing a change in the filtration characteristics and structure of the reservoir fluid due to partial degassing and subsequent dissolution of the released gas, simplification of the molecular structure, increase in the diameter of the filtration channels, etc. in combination leads to the formation of microcracks, a decrease in the degree of heterogeneity of the reservoir, as well as a decrease in the viscosity of the reservoir oil.

В зависимости от поставленной задачи и с учетом глубины расположения обрабатываемого пласта в скважине могут быть реализованы следующие режимы горения порохового заряда: 1 вибрационный; 2 пульсирующий; 3 - вибрационный и пульсирующий. Depending on the task and taking into account the depth of the treated formation in the well, the following modes of combustion of the powder charge can be implemented: 1 vibration; 2 throbbing; 3 - vibrating and pulsating.

Вибрационный режим горения заряда характеризуется появлением высокочастотных колебаний давления (порядка нескольких килогерц, см. а в на фиг. 3 и 4). Эти колебания имеют амплитуду колебаний, достигающую нескольких мегапаскалей, продолжительность колебаний порядка нескольких секунд. The vibrational mode of charge combustion is characterized by the appearance of high-frequency pressure fluctuations (of the order of several kilohertz, see and in Fig. 3 and 4). These oscillations have an oscillation amplitude reaching several megapascals; the oscillation duration is of the order of several seconds.

При пульсирующем режиме горения заряда (фиг. 5) возникают колебания низкой частоты (менее герца), причем почти вся энергия (до 90), выделившаяся при горении заряда, расходуется на эти колебания. Амплитуда колебаний составляет 2 3 МПа, продолжительность колебаний до 150 с. Under the pulsating mode of charge burning (Fig. 5), low-frequency oscillations (less than a hertz) arise, and almost all of the energy (up to 90) released during charge burning is spent on these oscillations. The amplitude of the oscillations is 2 3 MPa, the duration of the oscillations is up to 150 s.

Выбирая режим горения порохового заряда предлагаемого устройства, можно обеспечить эффективную термогазохимическую обработку продуктивного пласта как вблизи ствола скважины (колебаниями высокой частоты), так и на большом удалении (до сотен метров) вглубь продуктивного пласта (колебаниями низкой частоты). By choosing the combustion mode of the powder charge of the proposed device, it is possible to provide effective thermogasochemical treatment of the reservoir both near the wellbore (high frequency vibrations) and at a great distance (up to hundreds of meters) deep into the reservoir (low frequency vibrations).

При этом обеспечивается целостность обсадной колонны и заколонного цементного камня. This ensures the integrity of the casing and annular cement stone.

Claims

A device for thermogaschemical processing of a productive formation, including a solid charge made of solid fuel made in the form of a continuous cylindrical block with an igniter and a central round channel, connected to a cable cable for lowering into a well, characterized in that the ratio of the length of the central circular charge channel to the diameter of the specified channel is equal to (40 120) 1, moreover, perpendicular to the central circular channel in the body of the charge along its length, rows of transverse through channels of dia 0.25 1.0 in diameter of the central circular channel, while in each row the transverse through channels are intersecting at right angles to each other, and the distance along the length of the charge between each two adjacent rows of transverse through channels is equal to a ratio of (20 40) 1 length the central circular channel to its diameter, and the content of the filler stabilizing combustion to the total mass of the charge is not more than 0.6%