RU2141561C1

RU2141561C1 - Method of treating bed by pulsing pressure of powder gases

Info

Publication number: RU2141561C1
Application number: RU97100628A
Authority: RU
Inventors: В.Д. Крощенко; Н.С. Санасарян; В.И. Павлов; А.А. Михайлов; А.А. Державец; В.П. Залогин; З.Б. Стефанкевич; Б.В. Шкиткин
Original assignee: ЗАО "СтС-Импульс" Технологии и аппаратура для стимуляции скважин взрывными и импульсными методами
Priority date: 1997-01-20
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 1999-11-20

Abstract

FIELD: oil production industry. SUBSTANCE: method can be used for treating bed by pulsing pressure with purpose of improving hydrodynamic connection between well and bed. According to method, created in well within interval of productive bed is pulsing pressure with optimal period and amplitude not exceeding values which are permissible for keeping casing string and cement stone intact. According to method, tubular powder charges are located in well and burnt there. Ignited and burnt is part of powder charges along side surface with possible burning of remaining part of same charges, or Ignited and burnt are two and more sections of powder charges. In each of these sections, one part of charges is burnt along side surface, and other part of charges is burnt at end surface. At burning of similar powder charges along side and end surfaces, values of heights of charges are determined according to relation given in description of invention. EFFECT: higher efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для разрыва и обработки нефтегазоносных пластов пороховыми газами. The invention relates to the oil industry and can be used for fracturing and processing oil and gas strata with powder gases.

В последние годы широкое применение получили способы обработки пласта, создающие в коллекторах многократно повторяющиеся возмущения, возникающие при воздействии на пласт многократных глубоких депрессий или депрессий с репрессиями. Эффективность такого многократного циклического воздействия зависит от правильного выбора таких параметров воздействия, как амплитуда давления депрессии и репрессии, период и количество циклов, в зависимости от типа коллектора и его фильтрационно-емкостных и других свойств. In recent years, reservoir treatment methods have been widely used that create repeatedly repeated disturbances in reservoirs that occur when multiple deep depressions or depressions with repressions are exposed to the formation. The effectiveness of such repeated cyclic exposure depends on the correct choice of such exposure parameters as the amplitude of the pressure of depression and repression, the period and number of cycles, depending on the type of collector and its filtration-capacitive and other properties.

В работах (1, 2 и 3) показано, что в зависимости от свойств коллектора величина необходимой депрессии Δ P_д может изменяться в пределах 3-150-180 МПа, период - в пределах 5-300 с, а количество циклов n - в пределах 5-5 циклов.It was shown in (1, 2, and 3) that, depending on the properties of the collector, the required depression Δ P _d can vary between 3-150-180 MPa, the period within 5-300 s, and the number of cycles n within 5-5 cycles.

Известен способ создания мгновенных депрессий на пласт в скважине. Суть предложенного метода состоит в том, что после установки пакера в скважине путем закачки сжатого газа, в полости под пакером понижают уровень жидкости до допустимой глубины. Затем, приподнимая насосно-компрессорные трубы (НКТ), открывают забойный клапан, и пластовая жидкость в условиях депрессии частично или полностью заполняет полость НКТ. A known method of creating instantaneous depressions on the reservoir in the well. The essence of the proposed method is that after installing the packer in the well by injecting compressed gas, lower the liquid level in the cavity under the packer to an acceptable depth. Then, lifting the tubing (tubing), open the downhole valve, and the reservoir fluid under conditions of depression partially or completely fills the tubing cavity.

Основной недостаток предположенного способа состоит в том, что он позволяет создавать только депрессию на пласт. The main disadvantage of the proposed method is that it allows you to create only depression on the reservoir.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ воздействия на пласт пульсирующим давлением пороховых газов, включающий размещение и сжигание в скважине, заполненной жидкостью, трубчатых пороховых зарядов (4). The closest analogue of the invention is a method of exposing the formation to pulsating pressure of powder gases, including placing and burning tubular powder charges in a well filled with liquid (4).

В результате циклического воздействия на пласт в режиме депрессия - репрессия происходит очистка призабойной зоны пласта (ПЗП) и постепенное заполнение скважины пластовым флюидом. As a result of cyclic impact on the formation in the depression-repression mode, the bottom-hole zone of the formation (PZP) is cleaned up and the well is gradually filled with the formation fluid.

Основными недостатками способа являются его сложность и высокая стоимость. The main disadvantages of the method are its complexity and high cost.

Техническим результатом изобретения является сохранение целостности обсадной колонны и цементного камня. The technical result of the invention is to maintain the integrity of the casing and cement stone.

Необходимый технический результат достигается тем, что в способе воздействия на пласт пульсирующим давлением пороховых газов, включающем размещение и сжигание в скважине, заполненной жидкостью, трубчатых пороховых зарядов, воспламеняют и сжигают часть пороховых зарядов по боковой поверхности с возможностью горения оставшейся части этих же зарядов по торцевой поверхности или воспламеняют и сжигают две или более секций пороховых зарядов, в каждой из которых одну часть зарядов сжигают по боковой поверхности, а другую часть зарядов - по торцевой поверхности, а пульсацию давления пороховых газов обеспечивают с периодом и амплитудой пульсации, не превышающими допустимые для целостности обсадной колонны и цементного камня, при этом при сжигании одних и тех же пороховых зарядов по боковой и торцевой поверхностям значения зарядов, сжигаемых по боковой поверхности (Н_бок) и по торцевой поверхности (H_тор.) определяют соотношениями

где P - амплитуде пульсации пороховых газов, Па;
φ ≈ 0,725 - коэффициент, учитывающий потери энергии на нагревание окружающей среды;
P_o - гидростатическое давление, Па;
f - сила пороха, Дж/кг;
ρ_п - плотность порохового заряда, кг/м³;
ρ - плотность скважинной жидкости, кг/м³;
C - скорость звука в жидкости, м/с;
U₁ - скорость горения при давлении, равном P₁, м/с;
D_скв - диаметр скважины, м;
D_т и d_n - диаметр порохового заряда и его канала, м
e - толщина свода порохового заряда, м;

- при горении по внутренней или наружной поверхности;

- при горении одновременно по внутренней и наружной поверхностям;
γ - показатель адиабаты продуктов горения;
T_г - температура горения, K;
T_тор и T_бак - температура продуктов горения при торцевом горении и при горении по боковой поверхности, K.The necessary technical result is achieved in that in the method of exposing the formation to pulsating pressure of powder gases, including placing and burning tubular powder charges in a well filled with liquid, ignite and burn part of the powder charges along the side surface with the possibility of burning the remaining part of the same charges at the end surfaces or ignite and burn two or more sections of powder charges, in each of which one part of the charges is burned along the side surface, and the other part of the charges is burned by rtsevoy surface and the propellant gas pressure pulsation provide with the period and amplitude of the pulsation does not exceed the integrity of the casing and the cement matrix, wherein the combustion of the same propellant charge of the side and end surfaces of the values of the charges incinerated on the lateral surface (H _side ) and along the end surface (H _tor. ) is determined by the relations

where P is the amplitude of the pulsation of the powder gases, Pa;
φ ≈ 0.725 - coefficient taking into account energy losses due to heating of the environment;
P _o - hydrostatic pressure, Pa;
f is the power of the powder, J / kg;
ρ _p - the density of the powder charge, kg / m ³ ;
ρ is the density of the borehole fluid, kg / m ³ ;
C is the speed of sound in a liquid, m / s;
U ₁ - burning rate at a pressure equal to P ₁ , m / s;
D _SLE - well diameter, m;
D _t and d _n - the diameter of the powder charge and its channel, m
e is the thickness of the vault of the powder charge, m;

- when burning along the inner or outer surface;

- when burning simultaneously on the inner and outer surfaces;
γ is the adiabatic index of the combustion products;
T _g - combustion temperature, K;
T _torr and T _tank - temperature of combustion products during end-face combustion and during combustion along the side surface, K.

Записи зависимости давления от времени P(t), полученные при сжигании трубчатых зарядов порохового генератора давления ПГД.БК (4) по боковой поверхности канала, показывают, что перепад давления практически линейно растет до своего максимального значения Δ P . Это позволяет вывести приближенное соотношение для определения массы порохового заряда, которую необходимость сжечь для создания в скважине максимального перепада Δ P. Records of the time dependence of pressure P (t) obtained during the combustion of the tube charges of the PGD.BK powder gunpipe pressure generator (4) along the side surface of the channel show that the pressure drop increases almost linearly to its maximum value Δ P. This allows us to derive an approximate ratio for determining the mass of the powder charge, which the need to burn in order to create a maximum drop Δ P.

Согласно (5), максимальный перепад давления равен

где P_m - максимальное давление продуктов горения,
P_o - гидростатическое давление,
φ - коэффициент, учитывающий потери энергии на нагревание окружающей среды и работу по расширению полости в скважинной жидкости,
m - масса порохового заряда,
f - сила пороха,
V - объем, занятый продуктами горения.According to (5), the maximum pressure drop is

where P _m is the maximum pressure of the combustion products,
P _o - hydrostatic pressure,
φ is a coefficient taking into account energy losses due to heating of the environment and work to expand the cavity in the borehole fluid,
m is the mass of the powder charge,
f is the power of gunpowder,
V is the volume occupied by the combustion products.

Если принять зависимость скорости горения пороха от давления в виде

(4) (U₁ - скорость горения при давлении, равном P₁), то время горения трубчатого порохового заряда по боковой поверхности канала будет равно

где l - толщина свода горения,
U_ср - средняя скорость горения,
D_п - диаметр порохового заряда,
d_n - диаметр канала порохового заряда.If we take the dependence of the burning rate of gunpowder on pressure in the form

(4) (U ₁ is the burning rate at a pressure equal to P ₁ ), then the burning time of the tubular powder charge along the side surface of the channel will be equal to

where l is the thickness of the arch of combustion,
U _cf - average burning rate,
D _p - the diameter of the powder charge,
d _n is the diameter of the channel of the powder charge.

Так как скорость расширения полости связана с перепадом давления соотношением

(ρ - плотность скважинной жидкости, C - скорость звука), то объем, занятый продуктами горения, будет равен

где S_скв =

- площадь сечения скважины,
V_ср - среднее значение V,
D_скв - диаметр скважины.Since the rate of expansion of the cavity is related to the pressure drop by the ratio

(ρ is the density of the borehole fluid, C is the speed of sound), then the volume occupied by the combustion products will be equal to

where S _well =

- well sectional area,
V _cf - the average value of V,
D _SLE - well diameter.

Подставляя (2) в (1) получим значение массы пороха, необходимой для получения максимального перепада давления Δ P

Отсюда необходимую высоту трубчатого заряда, горящего по боковой поверхности канала, можно определить из соотношения

где ρ_п - плотность порохового заряда.Substituting (2) in (1) we obtain the value of the mass of the powder necessary to obtain the maximum pressure drop Δ P

Hence, the necessary height of the tubular charge burning along the side surface of the channel can be determined from the relation

where ρ _p is the density of the powder charge.

Точные расчеты на ЭВМ показали, что ΔP не зависит от режима горения по боковой поверхности, т. е. при сжигании изнутри или одновременно изнутри и снаружи Δ P зависит только от высоты заряда. Exact computer calculations showed that ΔP does not depend on the combustion mode along the side surface, i.e., when burning from the inside or both from the inside and the outside, ΔP depends only on the charge height.

Соотношение (3) правомерно при горении по боковой поверхности, когда газоприход настолько велик, что время горения совпадает со временем достижения максимального перепада давления. Relation (3) is valid when burning along the side surface, when the gas inlet is so large that the burning time coincides with the time to reach the maximum pressure drop.

При торцевом горении газоприход настолько мал, что давление продуктов горения незначительно отличается от гидростатического давления P_o и, более того, как показывают расчеты на ЭВМ, давление пульсирует вокруг P_o, при этом

После окончания процесса горения порохового заряда, независимо от режима горения, скважинная жидкость над зоной горения совершает колебательное движение, подчиняющееся дифференциальному уравнению движения.In face combustion, the gas inlet is so small that the pressure of the combustion products differs slightly from the hydrostatic pressure P _o and, moreover, as computer calculations show, the pressure pulsates around P _o , while

After the process of burning a powder charge, regardless of the combustion mode, the borehole fluid above the combustion zone performs an oscillatory motion, obeying the differential equation of motion.

где x(t) - закон движения скважинной жидкости
(x - интервал скважины, занятый продуктами горения)
g - ускорение свободного падения,
β - коэффициент, характеризующий сопротивление цилиндрической трубы.

where x (t) is the law of motion of the well fluid
(x is the interval of the well occupied by the combustion products)
g is the acceleration of gravity,
β is a coefficient characterizing the resistance of a cylindrical pipe.

Исследования (6) показывают, что β зависит от числа Рейнольдса

(ν - кинематическая вязкость скважинной жидкости). Как показано в (4), при Re ≤ 1200

при 1200

при

где

- коэффициент, характеризующий чистоту обсадных труб

= 600 для гладких труб, и β = 0,188 при Re > 80000).Studies (6) show that β depends on the Reynolds number

(ν is the kinematic viscosity of the borehole fluid). As shown in (4), for Re ≤ 1200

at 1200

at

Where

- coefficient characterizing the purity of the casing

= 600 for smooth pipes, and β = 0.188 at Re> 80,000).

Если зависимость давления продуктов горения отлинеаризировать

где x_o - значение x при давлении P_o;
γ - показатель адиабаты продуктов горения, то уравнение (4) примет вид

Это уравнение при Re≤1200 будет выглядеть как

Период пульсации, согласно этому уравнению, равен

Как показывают расчеты,

, поэтому

При числах Рейнольдса > 1200 коэффициент сопротивления уменьшается, поэтому соотношение (5) становится более точным. Так как значение x_o зависит от массы продуктов горения соотношением

где T - температура продуктов горения,
T_г - температура горения,
то, используя (5), получим значение массы пороха, необходимого для получения пульсации давления с периодом τ

Тогда общая высота порохового заряда будет равна

Как показывают расчеты на ЭВМ, температура продуктов горения зависит от режима горения. При торцевом горении T_тор ≈ 850 K, а при горении по боковой поверхности T_бок 450 K, поэтому, приняв

из соотношения (6) получим высоту порохового заряда, горящего по торцу, необходимую для получения периода пульсации после сгорания всего заряда

Таким образом, если задать допустимый перепад давления Δ P и оптимальный период пульсации перепада τ, то по соотношениям (3) и (7) можно определить высоту требуемого для этого трубчатого порохового заряда, часть которого высотой H_бок необходимо воспламенять по боковой поверхности, а другую часть высотой H_тор сжигать по торцу.If the pressure dependence of the combustion products is linearized

where x _o is the value of x at a pressure of P _o ;
γ is the adiabatic index of the combustion products, then equation (4) takes the form

This equation with Re≤1200 will look like

The ripple period, according to this equation, is

As calculations show,

, so

For Reynolds numbers> 1200, the drag coefficient decreases, so relation (5) becomes more accurate. Since the value of x _o depends on the mass of combustion products by the ratio

where T is the temperature of the combustion products,
T _g - combustion temperature,
then, using (5), we obtain the value of the mass of the powder necessary to obtain a pressure pulsation with a period τ

Then the total height of the powder charge will be equal to

As computer calculations show, the temperature of the combustion products depends on the combustion mode. For face combustion T, the _{torus is} ≈ 850 K, and for combustion along the lateral surface T _side 450 K, therefore, taking

from relation (6) we obtain the height of the powder charge burning at the end necessary to obtain a ripple period after the combustion of the entire charge

Thus, if you set the allowable pressure drop Δ P and the optimal pulsation period of the differential τ, then from relations (3) and (7) you can determine the height of the tube-shaped powder charge required for this, part of which must be ignited on the side surface with a height H _side and another part of a height H _torus burn at the end.

Приведем пример реализации предлагаемого способа. Here is an example of the implementation of the proposed method.

Пусть в скважине диаметром D_скв = 126 мм при гидростатическом давлении P_o = 30 МПа необходимо создать максимальный перепад давления Δ P = P_гор - P_o ≈ 1,5 P_o = 45 МПа и пульсацию перепада с периодом τ = 6 с (P_гор - горное давление). Плотность скважинной жидкости ρ = 1000 кг/м³, скорость звука C = 1500 м/с. Применяем пороховые заряды с D_п = 95 мм, d_n = 24 мм, с характеристиками: f = 86000 кгс•м/кг, ρ_п = 1610 кг/м³, U₁ = 0,083 мм/с при P₁ = 0,1 МПа, T_г = 2500 K • T_бок = 450 K, T_тор = 850 K, γ = 1,25.Suppose that in a well with a diameter D _SLE = 126 mm at a hydrostatic pressure P _o = 30 MPa, it is necessary to create a maximum pressure drop Δ P = P _mountains - P _o ≈ 1.5 P _o = 45 MPa and a pulsation drop with a period of τ = 6 s (P _mountains - mountain pressure). The density of the well fluid ρ = 1000 kg / m ³ , the speed of sound C = 1500 m / s. We use powder charges with D _p = 95 mm, d _n = 24 mm, with characteristics: f = 86000 kgf • m / kg, ρ _p = 1610 kg / m ³ , U ₁ = 0.083 mm / s at P ₁ = 0, 1 MPa, T _g = 2500 K • T _side = 450 K, T _tor = 850 K, γ = 1.25.

Определяем высоту заряда, поджигаемого по боковой поверхности канала:

Определяем высоту заряда, горящего по торцу:

Таким образом, пороховой заряд высотой 1,8 м, половина которого горит по внутреннему каналу, а другая половина - по торцу, создает в скважине с гидростатическим давлением 30 МПа пульсирующее давление с перепадом Δ P≤ 45 МПа и периодом τ = 6 с. На фиг. 1 представлена зависимость P (t) для горения такого заряда, полученная при расчете на компьютере с использованием специальной программы, разработанной в нашем институте для расчета процесса горения порохового заряда в скважине. Программа включает систему дифференциальных уравнений, описывающую процесс горения с учетом условий в скважинах, размеров пороховых зарядов, характеристик пороха и режима горения.We determine the height of the charge ignited along the side surface of the channel:

Determine the height of the charge burning at the end:

Thus, a powder charge of 1.8 m in height, half of which burns along the internal channel and the other half at the end, creates a pulsating pressure in the well with a hydrostatic pressure of 30 MPa with a differential Δ P≤ 45 MPa and a period of τ = 6 s. In FIG. Figure 1 shows the dependence P (t) for burning such a charge, obtained when calculating on a computer using a special program developed at our institute to calculate the process of burning a powder charge in a well. The program includes a system of differential equations describing the combustion process, taking into account the conditions in the wells, the size of the powder charges, the characteristics of the powder and the combustion mode.

Из фиг. 1 видно, что при горении такого заряда происходит пульсация с периодом τ 6 с, с Δ P≤ 75 МПа, при этом перепад давления Δ ≥ 4 МПа в течение 60 с, количество циклов при этом равно 10. Отметим, что время горения всего заряда равно 35 с. From FIG. 1 it can be seen that during the burning of such a charge a pulsation occurs with a period of τ 6 s, with Δ P≤ 75 MPa, while the pressure drop is Δ ≥ 4 MPa for 60 s, the number of cycles is 10. Note that the burning time of the entire charge equal to 35 s.

Если потребуется получить пульсацию с периодом τ>6 с, то необходимо увеличить высоту заряда, горящего с торца. Однако, как видно из графика P(t) на фиг. 2, полученного при сжигании одного бокового и 5 торцевых зарядов (H_тор = 4,5 м), уже после сгорания первого торцевого заряда амплитуда ставится менее 2 МПа.If it is required to obtain a pulsation with a period of τ> 6 s, then it is necessary to increase the height of the charge burning from the end. However, as can be seen from the graph P (t) in FIG. 2 obtained by burning one side and 5 end charges (H _tor = 4.5 m), already after the combustion of the first end charge, the amplitude is set to less than 2 MPa.

Картина меняется, если второй торцевой заряд заменить зарядом, горящим по боковой поверхности. The picture changes if the second end charge is replaced by a charge burning along the side surface.

На фиг. 3 представлена зависимость P(t) при горении двух секций трубчатых зарядов, каждая из которых состоит из одного, горящего по боковой поверхности, и второго, горящего по торцу. Все заряды имеют длину 0,9 м, общая длина заряда - 3,6 м. In FIG. Figure 3 shows the dependence P (t) during combustion of two sections of tubular charges, each of which consists of one burning on the side surface and the second burning on the end. All charges have a length of 0.9 m, the total charge length is 3.6 m.

При горении такого заряда получаем пульсирующее давление с амплитудой 2 МПа < |ΔP| < 45 МПа с периодом τ ≈ 8 с, количество циклов n > 13. Таким образом, увеличивая количество секций можно увеличивать как количество циклов, так и период пульсирующего давления, не увеличивая максимальное значение Δ P и не уменьшая его минимальное значение. When burning such a charge, we obtain a pulsating pressure with an amplitude of 2 MPa <| ΔP | <45 MPa with a period of τ ≈ 8 s, the number of cycles n> 13. Thus, increasing the number of sections, you can increase both the number of cycles and the period of the pulsating pressure without increasing the maximum value Δ P and without reducing its minimum value.

Литература
Яремчук Р.С. и др. Применение струйных аппаратов при освоении скважин. - М., ВНИИОЭНГ, 1988, с. 25.Literature
Yaremchuk R.S. and others. The use of inkjet apparatus in the development of wells. - M., VNIIOENG, 1988, p. 25.

Гаврилкевич К.В. Новый метод образования трещин в нефтяных пластах - метод переменных давлений, Труды ГрозНИИ, вып. 3, М., Гостоптехиздат, 1958, с. 30. Gavrilkevich K.V. A new method of cracking in oil reservoirs - the method of variable pressures, Proceedings of the GrozNII, vol. 3, M., Gostoptekhizdat, 1958, p. thirty.

Применение струйных аппаратов при освоении скважин, /Нефтяная промышленность, Серия "Техника и технология бурения скважин". - М., 1988 , с. 35. The use of inkjet apparatus in well development, / Oil industry, Series "Technique and technology of drilling wells." - M., 1988, p. 35.

Инструкция по применению пороховых генераторов давления ПГД, БК в скважинах. - М., ВИЭМС, 1989. Instructions for the use of powder generators of pressure PGD, BK in wells. - M., VIEMS, 1989.

Серебряков М. Е. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет, М., Оборонгиз, 1962, с. 45. Serebryakov M. E. Internal ballistics of barrel systems and powder rockets, M., Oborongiz, 1962, p. 45.

Александров В.Л. Техническая гидромеханика, М., ОГИЗ, 1946, с. 40-42. Alexandrov V.L. Technical hydromechanics, M., OGIZ, 1946, p. 40-42.

Claims

A method of exposing the formation to pulsating pressure of powder gases, including placing and burning tubular powder charges in a well filled with a liquid, characterized in that they ignite and burn part of the powder charges along the side surface with the possibility of burning the remaining part of the same charges on the end surface or ignite and burn two or more sections of powder charges, in each of which one part of the charges is burned on the side surface, and the other part of the charges is burned on the end surface, and the pulsation is with the period and amplitude of pulsations not exceeding those permissible for the integrity of the casing and cement stone, while burning the same powder charges along the side and end surfaces, the heights of the charges burned along the side surface (H _side ) and along end surface (H _tor ) is determined by the relations

where ΔP is the amplitude of the pulsation of the powder gases, Pa;
φ ≈ 0.725 - coefficient taking into account energy losses due to heating of the environment;
P _o - hydrostatic pressure, Pa;
f is the power of the powder, J / kg;
ρ _p - the density of the powder charge, kg / m ³ ;
ρ is the density of the borehole fluid, kg / m ³ ;
C is the speed of sound in a liquid, m / s;
U ₁ - burning rate at a pressure equal to P ₁ , m / s;
D _SLE - well diameter, m;
D _p , d _p - the diameter of the powder charge and its channel, m;
e is the thickness of the vault of the powder charge, m;

- when burning along the inner or outer surface;

- when burning simultaneously on the inner and outer surfaces;
γ is the adiabatic index of the combustion products;
T _g - combustion temperature, K;
T _torr , T _flank - temperature of combustion products during end-face combustion and during combustion along the lateral surface, K;
g - acceleration of gravity, m / s ² .