УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ И ГИДРОРАЗРЫВА ПЛАСТА Российский патент 2001 года по МПК G01V1/133 E21B43/25 

Известны устройства и способы возбуждения упругих колебаний для геофизических исследований горных пород с целью поиска месторождений полезных ископаемых, в частности нефтяных и газовых месторождений, и для проведения гидроразрыва пластов для интенсификации добычи нефти из разрабатываемых месторождений (1).

Наиболее распространенным и эффективным способом возбуждения упругих колебаний является взрывной способ, когда в качестве источника сейсмических волн служит заряд взрывчатого вещества, приводимый в действие с помощью электродетонатора (2). К сожалению это и наиболее опасный способ, часто приводит к травмированию и гибели персонала. Кроме этого требует больших затрат на транспортировку, хранение и учет взрывчатых материалов.

Известен и электроискровой способ, в котором в качестве источника сейсмических волн используется разряд электрического тока высокого напряжения в жидкости. Этот удобный, технологичный и достаточно безопасный способ, однако получить в скважинных условиях достаточно мощный разряд, достаточный для эффективного изучения глубоко залегающих горных пород пока не удается.

Одним из наиболее эффективных способов интенсификации добычи нефти на разрабатываемых месторождениях считается гидроразрыв пласта. Для его осуществления применяется достаточно широкий набор методов. Наиболее эффективен способ закачки в интервал разрыва технологической жидкости под высоким давлением с помощью специальных агрегатов.

Известен способ разрыва пласта с помощью горюче-окислительных составов, сжигаемых в зоне пласта (3). Несмотря на высокую эффективность эти способы трудоемки и находят ограниченное применение.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, реализуемым пороховым генератором давления ПГДБК-100 (4). Этот способ достаточно технологичен, легко реализуем, однако также основан на использовании достаточно опасных пороховых изделий, требующих специальных условий для хранения, транспортировки и к производству работ может быть допущен персонал, имеющий право на производство взрывных работ.

Для возбуждения упругих колебаний предлагается новый способ, который может быть использован и для гидроразрыва пласта, основанный на использовании гидродинамического процесса взаимодействия энергетической системы скважина-депрессионное устройство, позволяющий получать мощный источник энергии, сосредоточенный в нужном интервале, в виде управляемого гидроудара столба скважинной жидкости в широком диапазоне значений от 0,1 - 0,2 до более двукратной величины гидростатического давления - Р_гст. Для возбуждения сейсмических волн, уверенно регистрируемых системами наблюдения достаточно величины гидроудара, в пределах до (0,3-0,5) Р_гст, а для гидроразрыва пласта - (1,5-2,0) Р_гст.

Достоинством предлагаемого способа является исключительная простота и дешевизна, не требующая применения специального и дорогостоящего оборудования и материалов, специального обучения обслуживающего персонала, возможность многократного повторения в требуемом режиме с регистрацией всей динамики происходящего процесса.

Цель способа - получение максимальных значений гидроудара в требуемом интервале при минимальных объемах депрессионной камеры достигается тем, что устройство опускается на геофизическом кабеле и обеспечивается практически мгновенное открытие депрессионной камеры с атмосферным давлением с коэффициентом открытия (отношение площади сечения приемных каналов к площади сечения депрессионной камеры) более единицы, что позволяет так же практически, мгновенно заполнить депрессионную камеру скважинной жидкостью и создать в скважине "зону сниженного давления", достигающую до нескольких метров, являющуюся необходимым условием для формирования гидроудара за счет потенциальной энергии вышерасположенного столба скважинной жидкости при подвижке его вниз в "зону снижения давления".

Для достижения поставленной цели предлагается устройство, опускаемое на геофизическом кабеле в требуемый интервал скважины и состоящее из депрессионной камеры с атмосферным давлением, имеющий объем от 6-8 литров до сотен литров, выполненной из насосно-компрессорных труб и оснащенной двумя гидроуравновешенными приемными клапанами, имеющими в совокупности площадь сечения приемных каналов больше площади сечения депрессионной камеры, за счет чего при открытии приемных клапанов обеспечивается практически мгновенное заполнение депрессионной камеры и создание "зоны снижения давления" в скважине, обеспечивая необходимые условия для формирования депрессионного гидроудара при подвижке вышерасположенного столба жидкости в зону пониженного давления. При изменении объема депрессионной камеры зона сниженного давления может достигать до нескольких метров и в зависимости от глубины величина гидроудара может достигать от 0,1-0,2 до более двукратной величины гидростатического давления в скважине, позволяя применять устройство для возбуждения сейсмических волн и для гидроразрыва пласта.

Для открытия приемных клапанов депрессионной камеры применен электрогидравлический способ, реализуемый с помощью пускового устройства, обеспечивающего при открытии гидроуравновешенного пускового клапана, практически мгновенное открытие верхнего и нижнего приемных клапанов депрессионной камеры, используя гидростатическое давление скважинной жидкости.

При разработке устройства применены клапаны гидроуравновешенной конструкции, позволившие упростить и повысить надежность работы устройства при минимальных механических усилиях для открытия клапанов. Для контроля и документирования результатов работы устройство снабжено дистанционным датчиком давления.

Устройство состоит из приборной головки 3 с датчиком давления 4, пускового механизма, расположенного в корпусе 5 и включающего в себя электромагнитное реле 6, пусковой клапан 9 с возвратной пружиной 7, переходник 8 и диск 10 и депрессионной камеры 17, выполненной из насосно-компрессорных труб 14, 16, соединенных между собой муфтой 15. В верхней части депрессионной камеры расположен клапан 12, фиксируемый в исходном положении с помощью штифта 13, в нижней части камеры расположен второй приемный клапан 20 с толкателем 19 и хвостовиком 21, в котором расположен резиновый амортизатор 23, используемый для предохранения от механических деформаций нижнего клапана, который вылетает с большой скоростью при открытии его под действием гидростатического давления скважинной жидкости. Устройство с помощью наконечника 2 соединяется с геофизическим кабелем и опускается в скважину.

Работает устройство следующим образом. После установки устройства в требуемый интервал скважины по токопроводящей жиле кабеля 1 подается электрический ток на электромагнитное поле 6, под действием которого открывается (поднимается) пусковой клапан 9, обеспечивая доступ скважинной жидкости через сквозные окна переводника 8 и открывается канал диска 10 в пусковую камеру 18. Под действием гидростатического давления в пусковой камере срезается фиксирующий штифт 13 и клапан 12, открывая верхний приемный канал, с большой скоростью влетает в депрессионную камеру, ударяя по толкателю 19, выбивает клапан 20 в технологическую камеру 22 в хвостовике 21, открывая нижний приемный канал депрессионной камеры для притока скважинной жидкости. Дублирующим фактором открытия клапана 20 является возрастающее давление в депрессионной камере, под действием которого клапан перемещается в хвостовик 21, открывая нижний канал депрессионной камеры. Весь процесс работы устройства контролируется и регистрируется с помощью датчика давления 4.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. В.В. Знаменский, М.С. Жданов, Л.П. Петров "Геофизические методы разведки и исследования скважин", М.: "Недра", 1981, стр. 90 и далее.

2. Там же, стр. 125.

3. Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам в скважинах. М.: "Недра", стр. 105.

4. Инструкция по применению пороховых генераторов давления ПГД БК в скважинах. ВИЭМС, М., 1989, стр. 118 и далее.

Использование: для доразведки месторождений нефти и интенсификации ее добычи. Устройство для возбуждения упругих колебаний и гидроразрыва пласта состоит из депрессионной камеры, выполненной из насосно-компрессорных труб (НКТ), пускового механизма и приборной головки, и опускается на геофизическом кабеле. Депрессионная камера снабжена двумя гидроуравновешенными приемными клапанами, расположенными по торцам камеры, они последовательно открываются с помощью пускового механизма, состоящего из электромагнитного реле, пусковой камеры и гидроуравновешенного пускового клапана. При открытии приемных клапанов депрессионная камера практически мгновенно заполняется скважинной жидкостью. При этом в скважине создается зона пониженного давления, что создает условия для формирования репрессионного гидроудара в диапазоне от 0,1 до более чем 2-кратной величины гидростатического давления, при объеме депрессионной камеры от 6 до 200 л, в зависимости от целей применения устройства - для гидроразрыва пласта или для возбуждения упругих колебаний. Способ возбуждения упругих колебаний основывается на использовании гидродинамического процесса взаимодействия скважины с депрессионной камерой. При взаимодействии возникают колебания столба жидкости в скважине. Применяется вышеописанное устройство для создания репрессионных гидроударов, при этом весь цикл контролируется дистанционным датчиком давления. Технический результат: упрощение и удешевление, возможность многократного повторения в требуемом режиме с регистрацией всей динамики происходящего процесса. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для возбуждения упругих колебаний и гидроразрыва пласта, состоящее из депрессионной камеры с клапанной системой, пускового механизма и приборной головки с датчиком давления, опускаемых на геофизическом кабеле, отличающееся тем, что депрессионная камера снабжена двумя гидроуравновешенными приемными клапанами, расположенными по торцам камеры при последовательном открытии их с помощью электрогидравлического пускового механизма, состоящего из электромагнитного реле, пусковой камеры и гидроуравновешенного пускового клапана, при открытии которого под действием гидростатического давления открываются верхний и нижний клапан, удерживаемый в исходном положении воздушной подушкой технологической камеры хвостовика, обеспечивая практически мгновенное открытие депрессионной камеры с коэффициентом открытия более 1,0, создавая в скважине зону сниженного давления и обеспечивая условия для формирования репрессионного гидроудара в диапазоне от 0,1-0,2 до более 2-кратной величины гидростатического давления при объеме депрессионной камеры от 6-8 л до сотен литров в зависимости от глубины расположения устройства и цели его использования для создания упругих колебаний или гидроразрыва пласта, при этом весь гидродинамический процесс может быть зарегистрирован с помощью дистанционного датчика давления. 2. Способ возбуждения упругих колебаний горных пород и проведения гидроразрыва пласта, основанный на использовании гидродинамического процесса взаимодействия энергетической системы скважин - депрессионное устройство, отличающийся тем, что применяется устройство по п.1, для создания репрессионных гидроударов в диапазоне от 0,1-0,2 до более 2-кратной величины гидростатического давления в зависимости от объема депрессионной камеры, глубины расположения устройства и цели применения способа - для возбуждения упругих колебаний или гидроразрыва пласта, при этом весь цикл может повторяться многократно с изменением величины гидроударов и обеспечением контроля за гидродинамическим процессом с помощью дистанционного датчика давления.