§ 11. Термогазохимическое воздействие на призабойную зону скважины

Термогазохимическое воздействие на призабойную зону скважины (ТГХВ) заключается в сжигании на забое скважины порохового заряда, спускаемого на электрокабеле. Время его сгорания регулируется и может длиться от нескольких минут до долей секунды. В соответствии с этим изменяется и газоприток, т. е. скорость выделения газа при сгорании пороха, что опре­деляет давление и температуру в зоне горения. Кроме того, ин­тенсивность процесса регулируется и количеством сжигаемого / заряда, которое может изменяться от 20 до 500 кг.

При сгорании порохового заряда специального состава и об­разовании газов происходит быстрое нарастание давления и температуры в зоне горения. При быстром его сгорании давле­ние на забое достигает 30—100 МПа, так как столб жидкости в скважине играет роль уплотнительного поршня, который не успевает быстро сдвинуться с места благодаря своей инерции. При таком быстром процессе горения (доли секунды) осуще­ствляется механическое воздействие на пласт, приводящее к об­разованию в нем новых трещин и к расширению существующих. Такое воздействие аналогично гидроразрыву пласта, но без за­крепления образовавшихся трещин наполнителем.

При медленном горении пороховых газов на забое скважины создается высокая температура (до 350 °С), так как на фронте горения заряда она достигает 3500 °С. В результате происходит прогрев призабойной зоны скважины. Нагретые пороховые газы проникают по порам и трещинам в глубь пласта, расплавляют смолы, асфальтены и парафины, выпавшие в призабойной зоне в процессе эксплуатации скважины. Такое воздействие анало­гично термическому воздействию на пласт.

При горении заряда образуется большое количество газооб­разных продуктов горения, состоящих главным образом из углекислого газа, который, растворяясь в нефти, снижает ее вяз­кость и поверхностное натяжение на границе с водой и породой. Это способствует повышению продуктивности скважины. Для усиления химического воздействия на карбонатные коллекторы пороховой заряд целесообразно сжигать в растворе соляной кислоты, предварительно закачанной в скважину.

Для ТГХВ разработаны специальные аппараты, спускаемые на бронированном кабеле в скважину. Эти аппараты получили название аккумуляторов давления скважинных (АДС-5,

АДС-6). Иногда их называют пороховыми генераторами давления (ПГД). Аккумуляторы давления инициируются электрическими воспла­менителями, которые в отличие, от пороховых шашек имеют про­волочную спираль, нагреваемую электрическим током.

Аппарат АДС-5 предназначен преимущественно для про­грева пласта, а аппарат АДС-6 для гидроразрыва пласта. Их принципиальное отличие состоит в различной величине поверх­ности горения порохового заряда. Выбор соответствующей мо­дели АДС и количества сгорающих элементов зависит от гео­лого-технических характеристик скважины и схемы обработки в каждом конкретном случае.

При необходимости прогрева пласта в скважину опускают снаряд АДС-5 и устанавливают на забой, если расстояние забоя от нижних дыр перфорации скважины не превышает 2—3 м. В противном случае делают на забое песчаную подушку. Заряд воспламеняют подачей электрического напря­жения по кабелю на спираль накаливания. Горение начинается с верхнего торца порохового заряда, так как распространению горения на боковую поверхность препятствует жидкость, нахо­дящаяся в скважине. После сгорания первой шашки, снабжен­ной воспламенителем, горение передается по специальному ка­налу следующей шашке и т. д. Полное время сгорания заряда в снаряде АДС-5 при давлении 5 МПа и при воспламенении за­ряда только с одного верхнего торца первой шашки может до­стигать 200 с. Поэтому давление на забое скважины возрастает постепенно и не приводит к гидроразрыву пласта, зато в месте установки заряда температура достигает 350 °С, что приводит к удалению твердых отложений в призабойной зоне и частич­ному разрушению твердого скелета пласта.

С хема ТГХВ для разрыва пласта в нефтяных или нагнета­тельных скважинах отличается от описанной тем, что на кабеле спускают снаряд АДС-6, состоящий из нескольких пороховых шашек, соединенных вместе в длинную гирлянду со сквозным внутренним каналом. В верхнем торце верхней шашки и в нижнем торце нижней шашки имеются электрические спи­рали-воспламенители. Для сокращения продолжительности го­рения, т. е. для увеличения поверхности горения; такой вос­пламенитель может устанавливаться и в средней части за­ряда. При наличии внешнего давления стандартный снаряд АДС-6 сгорает за 3,3 с. Сравнительно быстрое сгорание по­рохового заряда в скважине позволяет создавать необходи­мые для ГРП давления без использования пакера, роль которого в этом случае выполняет столб жидкости. При быст­ром сжигании заряда не исключается тепловое и химическое воздействие на призабойную зону скважины. Применение ТГХВ в нефтяных и нагнетательных скважинах как в карбонатных, так и в терригенных коллекторах показывает высокую эффек­тивность этого метода, составляющую свыше 70%. Продолжи­тельность работы скважины с повышенным дебитом или приеми­стостью составляет от двух месяцев до двух лет.

По данным нефтедобывающих объединений Средней Волги на одну обработку ТГХВ в среднем расходуется 80кг порохового состава, а дополнительная добыча нефти составляет 9 т/кг, до­полнительная закачка воды — 418 м³/кг. Это достаточно высо­кие показатели, учитывая простоту и сравнительную дешевизну операции. Однако эти показатели резко ухудшаются или даже могут быть отрицательными при неправильном выборе сква­жины для обработки или нарушению! технологии подготови­тельных работ. Опыт показал, что при глушении скважины во­дой или глинистым раствором перед обработкой эффективность обработки резко снижается. Нецелесообразно применение ТГХВ в скважинах с низким пластовым давлением в истощенных кол­лекторах. При быстром сгорании заряда иногда происходят вы­бросы жидкости, прихваты кабеля и разрывы обсадной колонны. Для предупреждения таких явлений необходимо держать уро­вень жидкости ниже устья примерно на 50 м, а устье гермети­зировать специальным сальником. В таком случае пространство над уровнем выполняет роль амортизатора или воздушного ком­пенсатора.

В нагнетательных скважинах часто не удается понизить уро­вень. Тогда происходят переливы с большей или меньшей ин­тенсивностью. В таких случаях на устье устанавливают саль­ник, через который пропускают кабель, а боковые отводы арма­туры устья оставляют открытыми на случай выброса. Хорошие результаты в пластах с низкой проницаемостью достигнуты при ступенчатой обработке, когда сжигание большого количе­ства пороха опасно. Ступенчатые обработки производят с по­стоянным увеличением массы порохового состава и не ранее чем через 2 ч после предыдущей обработки, поскольку из-за повы­шенной температуры в скважине может произойти преждевре­менное воспламенение заряда. Известны случаи, когда горящий пороховой снаряд под действием собственного веса и реактив­ных сил, создаваемых струями горячих газов, отрывается от кабеля, падает в зумпф на забой скважины и там догорает, не оказывая должного воздействия на интервал перфорации. Для исключения подобных явлений целесообразно делать непосред­ственно ниже интервала перфорации искусственный забой намывом песка или созданием цементной пробки.

Конструкция снарядов, спу­скаемых в скважины для ТГХВ, изменялась и совершен­ствовалась. Первоначально это были корпусные аппараты с пороховым зарядом, который воспламеняется от электриче­ской спирали. Сгорание поро­хового заряда сопровождается выделением газов с интенсив­ностью 1000—1500 л/с. Проч­ный корпус, в котором проис­ходит горение, имеет в верхней и нижней частях штуцеры для регулировки скорости истече­ния газов в скважину.

Давление газов в камере к концу горения достигает 110 МПа. Масса аппарата 160 кг. Корпус аппарата вме­сте с кабельной головкой вы­держивает до 20 операций.

В последнее время появи­лись бескорпусные аппараты, состоящие по существу из од­ной кабельной головки и гир­лянды пороховых шашек. При­мером такого аппарата может служить пороховой генера­тор давления бескорпусный ПГД-БК (рис.У.12). В кабель­ном наконечнике / закрепляется конец кабеля, который при­соединяется к воспламенителю 6. Пороховые шашки 5, покры­тые снаружи оболочкой, соединяются друг с другом резьбовыми муфтами 2, образующими во всех шашках сквозную вертикаль­ную трубку. Внутри трубок имеется заряд 3, который иниции­рует горение пороха 5 в каждой шашке (секции). Свинчивая вместе несколько шашек 5, можно изменять интенсивность горе-ния и процесса в целом. После сгорания пороха на кабеле остаются кабельный наконечник 1, головка аппарата 4 и сое­динительная трубка 2, которые используются повторно. Осталь­ные детали снаряда сгорают. Операция по термогазохимическому воздействию на забой скважины очень проста. На ее осу­ществление затрачивают 2—3 ч времени, тогда как на обычный гидроразрыв тратится 2—3 сут. Это один из эффективных спо­собов воздействия на ПЗП для интенсификации притока.