Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Пиротехнические составы для интенсификации нефтедобычи. Учебное пособие
.pdf
51
В зависимости от назначения изделия различаются геометриче-
Рис. 4.3. Аккумулятор давления для скважин АДС-5:
1 – сгорающий элемент; 2 ‒ нагревательный элемент;
3 – воспламенитель; 4 – скоба; 5 – канат; 6 – узел крепления;
7 – крышка, 8 – втулки; 9 – поддон; 10 – обойма
скими размерами, величиной поверхности горения и термостойкостью
пороха. На рис. 4.3 и в табл. 4.1 приведены схема устройства и технические характеристики термогазогенератора АДС-5.
Уровень требований к элементам изделий, сжигаемых без камеры
сгорания, невысок, что позволяет использовать для их изготовления,
например, пороха некондиционные или с истекшим сроком хранения.
Конструкция пороховых изделий позволяет компоновать заряд для
производства ТГХВ массой до 500 кг и более. Все АДС надежно работают в среде воды, нефти или соляной кислоты.
Пороховые генераторы (аккумуляторы) давления получили широкую известность и признание нефтяников как простое, удобное в работе и надежное средство воздействия на призабойную зону пласта. Однако пороховые генераторы имеют относительно невысокую температуру горения и относительно небольшое тепловыделение в единицу
времени с единицы массы состава, что не позволяет решать весь комплекс задач при очистке скважин.
52
Таблица 4.1
Характеристика
Величина
Способ воспламенения
Электрический
Минимальный ток воспламенения, А
1,5
Габаритные размеры, мм:
– наружный диаметр
– максимальная длина
112
12000
Масса одного сгорающего элемента, кг
14-16
Максимальная масса элементов при одном спуске, кг
158
Длина одного сгорающего элемента, мм
1200
Диаметр одного сгорающего элемента, мм
102
Минимальное гидростатическое давление, МПа
3
Максимально допустимая температура в зоне воздействия, °С
100
Допустимое время пребывания в скважине, ч:
– при температуре 100°С
– при температуре 70°С
3
6
Технические характеристики АДС-5
Для удаления парафиновых и гидратных отложений предложено
два типа пиротехнических теплогазогенераторов: с истечением активных продуктов горения и без их истечения.
Принцип действия генератора с истечением продуктов горения
(рис. 4.4) основан на термохимическом и газодинамическом воздействии на отложения продуктами истечения. При этом часть недогоревших компонентов пиротехнического состава (например, активный кислород, галогеносодержащие кислоты, оксид углерода) реагирует с
продуктами плавления отложений, обеспечивая дополнительное тепловыделение непосредственно в самом отложении. Одним из вариантов генератора с истечением продуктов горения является газоимпульсный генератор.
Пиротехнический состав изделия ЗПИУ (заряд пиротехнический
имплозионного устройства) может работать в составе устройства или
самостоятельно.
53
а б в
Рис. 4.4. Генераторы для обработки ПЗП: а – пиротехнический
теплогазогенератор для удаления отложений из НКТ; б – разрыв
пласта пиротехническим бескорпусным теплогазогенератором;
в – газоимпульсная обработка ПЗП нефтяных скважин
генератором азота
Схема воздействия ЗПИУ на призабойную зону пласта приведена
на рис. 4.5.
Рис. 4.5. Схема воздействия на ПЗП
Общий вид термогазогенератора с использованием пиротехнического состава приведен на рис. 4.6. Пиротехнический термогазогенератор содержит линию воспламенения, узел соединения термогазогенератора с устройством спуска (труба, геофизическая головка), блок
сгорающих элементов, вложенный в корпус (защитный кожух), воспламенитель с нагревательным элементом.
54
Рис. 4.6. Пиротехнический термогазогенератор: 1 – линия
воспламенения; 2 – узел соединения, 3 – блок сгорающих элементов;
4 – корпус; 5 – воспламенитель; 6 – нагревательный элемент
Блок сгорающих элементов изготавливается из пиротехнического
состава, получаемого путем смешения порошкообразных компонентов с
последующим формованием до коэффициента уплотнения 0,95. Скорость горения таких составов при Р = 0,1 МПа составляет 1,5÷8,0 мм/с, а
при Р ≥ 10 МПа – 5,0÷30 мм/с. Блок сгорающих элементов может состоять из одного или более элементов и гореть как с наружной (торца),
так и с внутренней поверхности (с канала).
Корпус может быть выполнен сгораемым или несгораемым. Сгораемый корпус имеет скорость горения меньше, чем скорость горения
состава термогазоисточника. Несгораемый корпус выполняется в виде
металлического или неметаллического цилиндра (тубы). Отток
газообpазных продуктов горения из корпуса обеспечивается наличием
торцевого отверстия. Кроме того, возможно наличие дополнительных
пеpфоpационных отверстий в боковой поверхности цилиндра, которые
геpметизиpуются сгораемой мастикой.
Через муфту соединения термогазогенератор скрепляют, например, с насосно-компрессорной трубой, соединѐнной через геофизическую головку с каротажным кабелем. Затем закреплѐнный термогазогенератор опускают в скважину на необходимую глубину в зону продуктивного пласта, после чего подачей электрического импульса воспламеняют блок сгорающих элементов. После воспламенения блока
сгорающих элементов продукты первичного горения диспергируются
в скважинную жидкость, в среде которой происходит доокисление
(догорание) металлического горючего при его взаимодействии с водой
скважинной жидкости. Выделившиеся при горении газы образуют зону с повышенными температурой и давлением. В результате термога-
55
зового воздействия происходит плавление асфальтисто-смолистых
Характеристика
Величина
Масса состава, кг
10
Наружный диаметр генератора, мм
110
Длина, мм
1360
Максимальная баростойкость, МПа
100
Максимальная термостойкость, °С
300
Прирост добычи нефти
в 2-4 раза
флюидов с раскрытием фильтрационных отверстий и каналов, проникновение горячих газов в породу. Под действием повышенного давления образуются новые каналы и трещины, в результате чего повышается проницаемость породы и фильтруемость нефти. Кроме того,
высокодисперсные продукты сгорания проникают в образовавшиеся
трещины и препятствуют их смыканию с образованием пористых каналов. Основные сведения о термогазогенераторе с пиротехническим
металлосодержащим составом приведены в табл. 4.2.
Таблица 4.2
Технические характеристики изделия
Заряд бескорпусного пиротехнического ТГГ (рис. 4.4.б) применяется для очистки парафиновых отложений при текущем ремонте насосно-компрессорных труб нефтяного насоса.
Примером импульсного генератора азота (рис. 4.4.в) является устройство с несколькими сопловыми отверстиями, через которые осуществляется процесс генерирования импульсов высокого давления; коммутационный блок, обеспечивающий стыковку генератора с грузонесущим каротажным кабелем с помощью стандартного кабельного наконечника. Газогенератор при срабатывании за счет импульсного воздействия выделяемого азота избирательно воздействует на локальные
участки наибольшей нефтенасыщенности в интервале перфорации
скважины. При этом обеспечивается давление в зоне обработки до
120-150 МПа, которое сосредотачивается на протяжении 1,0-1,5 м
вдоль ствола скважины. Конструкция пиротехнического генератора
позволяет регулировать в широком диапазоне параметры импульсного
воздействия по амплитуде, частоте и длительности импульсов.
Технология газоимпульсной обработки относится к типу физикомеханических методов обработки призабойной зоны пласта скважин и
предназначена для восстановления (улучшения) фильтрационно-
56
емкостных характеристик призабойной зоны пласта, которые были
утрачены как в процессе эксплуатации, так и при бурении скважин.
Восстановление фильтрационно-емкостных характеристик позволяет
интенсифицировать приток, снизить обводненность, а также увеличить межремонтные сроки эксплуатации скважин.
Физическая сущность процесса газоимпульсного воздействия на
призабойную зону пласта скважин основана на явлении газодинамического воздействия на породу продуктивного пласта, при котором давление на фронте ударной волны генерируемых импульсов равно или
превышает уровень внутрипластового давления. Результатом подобного воздействия является очистка порового пространства и появление
дополнительной сети микротрещин в горной породе продуктивного
пласта, способствующих улучшению его фильтрационно-емкостных
характеристик.
Устройства для обработки нефтяных скважин с использованием термогазогенераторов. На рис. 4.7 и 4.8 приведены устройства
для обработки нефтяных скважин, в которых используются пиротехнические термогазогенераторы.
Корпус предназначен для предотвращения проникновения скважинной среды в ИК до момента начала работы устройства. Корпус
узла вскрытия ИК заполняют герметизирующим блоком заливкой, либо набивкой или вклеивают. Сгораемый элемент необходимых геометрических размеров и необходимой прочности с инициатором монтируют в герметизирующий блок, либо в момент изготовления блока,
либо вклеивают таким образом, что после инициирования горение
сгораемого элемента происходит во внутрь ИК, что обеспечивает надѐжность воспламенения и стабильность горения. Узел вскрытия ИК
обеспечивает отсутствие контакта сгораемого элемента со скважинной
средой и герметичность всего устройства в целом. Наличие узла
вскрытия позволяет предотвратить несанкционированное всрытие камеры во время транспортировки и спуска устройства в скважину.
Подобная конструкция узла вскрытия ИК позволяет надѐжно использовать устройство для обработки не только наклонных, но и горизонтальных скважин, а также предохранить устройство от несанкционированного вскрытия при спуске в скважину. Сгораемый элемент производят любым известным методом формования, обеспечивающим необходимые прочностные характеристики. Режим работы устройства
устанавливают выбором соответствующего состава сгораемого элемента и его размеров.
57
Рис. 4.7. Устройство для обработки ПЗП с одной имплозионной камерой: 1 – геофизическая
головка; 2 – герметизирующие
прокладки; 3 – стравливающие
отверстия; 4 – трубчатая ИК;
5 – самозахлопывающиеся элементы; 6 – ловильное приспособление; 7 – пиротехнический
ТГГ; 8 – узел воспламенения;
9 – узел крепления
Рис. 4.8. Устройство для обра-
ботки ПЗП с двумя имплозионными камерами: 1 – геофизическая головка; 2 – верхняя трубчатая ИК со стравливающими
отверстиями; 3 – ловильное
приспособление; 4 – пробка с
узлом воспламенения; 5 – муфта; 6 – кумулятивный перфоратор; 7 – нижняя трубчатая ИК;
8 – пиротехнический ТГГ
Устройство работает следующим образом. Непосредственно перед спуском устройства в скважину прикрепляют узел вскрытия к ИК
и соединяют инициатор с источником электрического тока. На геофизическом кабеле устройство доставляется в интервал обработки сква-
58
жины. После этого на инициатор подаѐтся электрический импульс, от
которого начинает гореть сгораемый элемент. Горение элемента происходит во внутрь ИК и начинается при атмосферном давлении в среде воздуха, что обеспечивает высокую надѐжность воспламенения
сгораемого элемента и стабильность его работы. При горении сгораемого элемента происходит взаимодействие активного компонента с
кислородом и азотом воздуха с образованием твѐрдых продуктов оксидов и нитридов. В результате этого происходит понижение давления
в ИК ниже атмосферного в 1,2-1,9 раза. Снижение давления в ИК приводит к увеличению перепада давления между скважинной средой и
полостью ИК. Увеличение перепада давлений приводит к росту имплозионного воздействия на скважину и увеличению эффективности
работы устройства, что важно при обработке скважин с относительно
низким гидростатическим давлением.
При горении сгораемого элемента уменьшается прочность герметизирующего блока как в результате уменьшения общей толщины или
диаметра, так и вследствие «размягчения» материала блока от воздействия высокой температуры (10003000 К). В данных условиях герметизирующий блок полностью теряет свою физико-механическую
прочность в месте установки сгораемого элемента. При достижении
определѐнного снижения прочности герметизирующий блок под действием давления жидкости в скважине разрушается, скважинная жидкость и загрязняющие скважину примеси, флюиды с большой скоростью поступают в ИК. В результате происходит депрессионное воздействие на ПЗП, способствующее очистке скважины, освобождению
перфорационных отверстий от парафино-асфальтеновых загрязнений
и отложений. Волновые движения скважинной жидкости, возникшие
после депрессионного воздействия, способствуют увеличению количества и глубины трещин в породе. Ловильное приспособление препятствует выпадению из ИК собранных в ней загрязнений. После завершения процесса устройство поднимают на устье скважины, производят очистку ИК и замену узла вскрытия ИК на новый.
В устройстве (рис. 4.8) пробка выполнена из материала, способного при горении разрушаться с выделением тепла и газа и оказывать
тепловое и газохимическое воздействие на обрабатываемую зону пласта. Ловильное приспособление с пробкой и нижняя трубчатая имплозионная камера с термогазогенератором соединяются между собой с
помощью стандартных переходных муфт. Для предотвращения срыва
имплозионной камеры с геофизической головкой, а также для исклю-
59
чения застревания устройства в скважине рекомендуется гибкое соединение между пробкой и перфоратором и (или) между перфоратором и нижней трубчатой имплозионной камерой, выполненное в виде
демпфера. Для исключения срабатывания заряда термогазогенератора
от детонации кумулятивного перфоратора заряд изготовлен из состава,
не восприимчивого к детонационному импульсу.
Устройство работает следующим образом. На геофизическом кабеле устройство спускают в скважину и устанавливают в зоне обрабатываемого пласта. При подаче электрического импульса срабатывает
перфоратор, который пробивает отверстия в обсадной колонне, тем
самым вскрывая пласт. Вслед за этим подается электрический импульс
на воспламенительный узел термогазогенератора. В результате горения заряда выделяется большое количество высоконагретых и химически активных газов, которые, находясь под высоким давлением, разрывают пласт, осуществляя термогазохимическое воздействие на призайбоную зону пласта. При этом происходит расплавление парафиноасфальтеновых отложений, создаются новые каналы и трещины в пласте, что существенно повышает его проницаемость. По окончании горения заряда термогазогенератора происходит разгерметизация нижней имплозионной камеры и осуществляется ударно-депрессионное
воздействие на пласт с раскрытием новых трещин. После этого скважинная жидкость вместе с флюидами устремляется в камеру, где с
помощью ловильного приспособления задерживается и в дальнейшем
доставляется на устье скважины. Одновременно с флюидами под действием пластового давления и депрессионного эффекта происходит
удаление металлического песта от материала кумулятивной воронки
из перфорационного канала.
Следующей стадией работы устройства является разгерметизация
и работа верхней имплозионной камеры. Электрический импульс подается на воспламенительный узел пробки, выполненной из того же
материала, что и заряд термогазогенератора, не чувствительного к детонационному импульсу, с высокой физико-механической прочностью, способного в результате собственного экзотермического превращения при горении разрушаться с выделением тепла и газа и оказывать дополнительное тепловое и газохимическое воздействие на обрабатываемую зону пласта. В результате горения пробки происходит
повторное воздействие на пласт газообразных высоконагретых и химически активных продуктов горения. После сгорания пробки происходит разгерметизация верхней имплозионной камеры. В результате
60
второго гидравлического удара происходит дальнейшее раскрытие
трещин пласта. На заключительной стадии скважинная жидкость вместе с флюидами устремляется в камеру, где с помощью ловильного
приспособления задерживается и доставляется на устье скважины.
Для регулирования имплозионного эффекта верхняя и нижняя
имплозионные камеры имеют различные размеры.
Верхняя имплозионная камера, имея больший диаметр, перекрывает значительную часть сечения скважины, препятствует оттоку газообразных продуктов, образующихся при работе термогазогенератора и
сгорании пробки, и увеличивает тем самым воздействие на ПЗП.
Меньшая длина верхней имплозионной камеры позволяет создать
больший перепад давления. Однако малая длина имплозионной камеры снижает время воздействия перепада давления на призабойную зону пласта, а увеличение длины уменьшает перепад давления. Увеличить перепад давления позволяет увеличение диаметра имплозионной
камеры. Сочетание меньшего диаметра и большей длины в нижней
имплозионной камере позволяет повышать время воздействия перепада давления и получать достаточно большой перепад давления. Таким
образом, верхняя имплозионная камера позволяет создать больший
перепад давления, а нижняя имплозионная камера позволяет увеличить время воздействия.
Преимуществом используемых пиротехнических термогазогенераторов является то, что блок сгорающих элементов выполнен из недетонационноспособного высокоэнергоѐмкого состава с малой зависимостью скорости горения от внешних факторов (давления, температуры, состава жидкости), за счѐт этого достигается безопасность в обращении и не требуется дополнительных средств защиты при работе
на скважинах.
В объединении «Татнефть» с 1974 г. осуществляют промысловое
опробование автономных источников тепла, которые доставляются
непосредственно в призабойную зону скважины в интервале продуктивного пласта. «Химический прогреватель пласта» разработанной
конструкции представляет собой цилиндрический перфорированный
контейнер с медленногорящим термитным составом, узлом воспламенения и устройством для подсоединения контейнера к стандартной
головке геофизического кабель-тросса.
В настоящее время разработано более трѐх типов прогревателей:
– ППХ-1 – для инициирования процесса внутрипластового горения при разработке залежей вязкой нефти и битумов;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]