СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТРЕЩИН ГИДРОРАЗРЫВА В ПОДЗЕМНОЙ ФОРМАЦИИ Российский патент 2009 года по МПК G01N29/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу формирования трещин гидроразрыва в подземной формации на основе граничных волн, распространяющихся по их поверхностям.

Предшествующий уровень техники

Используемый в описании термин "заполненная жидкостью область" является обобщенным понятием для любой заполненной жидкостью несплошности в сплошной среде. В частности, заполненными жидкостью областями могут быть трещины, слои, разломы, сдвиги. Используемый в описании термин "мониторинг" является обобщенным понятием для действий по обнаружению, наблюдению, прогнозированию, анализу или определению основных характеристик.

Настоящее изобретение применимо к широкому разнообразию сред (в частности, подземным формациям, элементам конструкций, костям) и жидкостей (в частности, воде, нефти).

Мониторинг заполненных жидкостью трещин имеет исключительное значение во многих областях человеческой деятельности, например в добывающей промышленности, медицине, строительстве. При этом заполненные жидкостью трещины в среде могут быть как желательными, так и нежелательными. К желательным трещинам относятся трещины, созданные искусственным путем, например трещины гидроразрыва, предназначенные для повышения эффективности нефтедобычи или предварительной обработки руды при добыче. К нежелательным заполненным жидкостью трещинам относятся, в частности, крупномасштабные естественные подземные трещины в окрестности городов и промышленных объектов, трещины в строительных конструкциях и костях.

В нефтяной промышленности формирование трещин гидроразрыва широко используется для интенсификации добычи нефти за счет формирования или расширения каналов от скважины к резервуару. Трещины гидроразрыва формируют посредством нагнетания жидкости (называемой также жидкостью разрыва) в скважину под давлением. В результате этого в подземной формации формируется и заполняется жидкостью одна или более трещин нормального отрыва, что обычно приводит к повышению интенсивности нефтедобычи.

Жидкость разрыва содержит расклинивающий наполнитель, проппант, малоразмерные частицы которого добавляют в жидкость для поддержания трещины открытой после того, как нагнетание жидкости прекращают и давление сбрасывают, для создания в формации дренирующего слоя с высокой пропускной способностью. Такими частицами являются частицы песка или керамического материала. Для эффективности использования трещина должна распространяться внутри продуктивного пласта и не выходить в прилегающие слои, а также иметь достаточные размеры. Таким образом, определение характерных размеров заполненной жидкостью трещины является важным этапом обеспечения оптимизации процесса добычи.

Иногда проппант образует непроницаемую структуру вблизи вершины трещины, в результате чего трещина прекращает расти. Обнаружение момента, когда трещина перестает расти, является важным для оператора, которому требуется определить момент остановки закачивания проппанта.

Мониторинг заполненных жидкостью областей также имеет большое значение в контексте обнаружения, отслеживания и определения характерных размеров масштабных природных трещин в подземных формациях, которые могут стать причиной эрозии земной поверхности, трещин в различных элементах строительных конструкций, таких как плиты, фундаменты зданий, различные виды опор, которые могут привести к разрушению элементов конструкций, а также разведки подземных слоев, заполненных жидкостью, и определения их характеристик.

Из US 5206836 известен способ формирования трещин гидроразрыва в подземной формации на основе накачки жидкости в нагнетательную скважину с регулируемой частотой с целью образования и распространения в формации по меньшей мере одной заполненной жидкостью трещины; обеспечения скачкообразного изменения давления жидкости в нагнетательной скважине; регистрации резонансных частот колебаний по меньшей мере одной заполненной жидкостью трещины.

Результат, обеспечиваемый данным способом, достигается посредством регулировки частоты, с которой накачивают жидкость в нагнетательную скважину так, чтобы она совпадала с какой-либо из резонансных частот колебаний по меньшей мере одной заполненной жидкостью трещины.

Таким образом, в настоящее время в рассматриваемой области техники имеется потребность в быстрых надежных способах формирования трещин гидроразрыва в подземной формации.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание эффективного способа формирования трещин гидроразрыва в подземной формации.

Для решения этой задачи в соответствии с изобретением предложен способ формирования трещин гидроразрыва в подземной формации, согласно которому накачивают жидкость в нагнетательную скважину с регулируемой частотой с целью образования и распространения в формации по меньшей мере одной заполненной жидкостью трещины; обеспечивают скачкообразное изменение давления жидкости в нагнетательной скважине; регистрируют резонансные частоты колебаний по меньшей мере одной заполненной жидкостью трещины; регулируют частоту, с которой накачивают жидкость в нагнетательную скважину так, чтобы она совпадала с какой-либо из резонансных частот колебаний по меньшей мере одной заполненной жидкостью трещины. При этом скачкообразное изменение давления жидкости в нагнетательной скважине обеспечивают посредством нескольких кратковременных остановок нагнетания.

Краткое описание чертежей

Вышеуказанные и иные признаки и преимущества настоящего изобретения раскрыты в нижеследующем описании его осуществления, приводимом со ссылками на чертеж, на котором показана блок-схема этапов способа формирования трещин гидроразрыва в подземной формации согласно изобретению.

Описание осуществления изобретения

На основе регистрации низких резонансных частот, формируемых граничными волнами, распространяющимися по поверхностям заполненных жидкостью трещин, можно повысить эффективность формирования трещин гидроразрыва. Ниже со ссылкой на чертеж описывается соответствующий изобретению эффективный способ формирования трещин гидроразрыва в подземной формации.

На этапе 1 накачивают жидкость в нагнетательную скважину (например, в нагнетательную скважину с регулируемой частотой) с целью образования и распространения в формации заполненной жидкостью трещины. Нагнетание жидкости в скважину можно выполнить, например, посредством насоса по каналу. Частота накачивания жидкости соответствует частоте, с которой насос в процессе работы повышает и понижает давление жидкости в нагнетательной скважине, обуславливая колебания давления жидкости.

На этапе 2 обеспечивают скачкообразное изменение давления жидкости в нагнетательной скважине, что возбуждает колебания трещины. Предпочтительно, скачкообразное изменение давления жидкости в нагнетательной скважине обеспечивают посредством нескольких кратковременных остановок нагнетания жидкости.

На этапе 3 регистрируют резонансные частоты колебаний заполненной жидкостью трещины, возбужденных на этапе 2. Регистрацию выполняют с помощью любого известного подходящего способа или средства. На этапе 4 регулируют частоту, с которой накачивают жидкость в нагнетательную скважину так, чтобы она совпадала с какой-либо из резонансных частот колебаний заполненной жидкостью трещины, зарегистрированных на этапе 3. Следует отметить, что обычно частоты накачивания жидкости лежат в диапазоне 0,1-2,0 Гц, который охватывает диапазон резонансных частот колебаний трещины. Нагнетание жидкости с резонансной частотой колебаний заполненной жидкостью трещины ускоряет ее рост.

Простота обработки данных, присущая описанному способу, позволяет реализовывать его на практике в реальном масштабе времени.

Описанная выше регистрация низких резонансных частот, формируемых граничными волнами, распространяющимися по поверхностям заполненных жидкостью трещин, предоставляет возможности для широкого круга вариантов применений.

Изобретение раскрыто со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов в данной области техники могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

Изобретение относится к мониторингу заполненных жидкостью областей в различных средах, к которым относятся, например, подземные формации, элементы конструкций, кости. Заявлен способ формирования трещин гидроразрыва в подземной формации. Согласно этому способу регистрируют колебания трещины. Определяют волновые характеристики стоячих граничных волн, распространяющихся вдоль поверхностей трещины, на основе зарегистрированных колебаний с учетом свойств среды и жидкости. В основе способа лежит анализ колебаний заполненных жидкостью областей на основе граничных волн, распространяющихся по их поверхностям. Предлагаемый способ, в силу характерной для него простоты обработки данных, обеспечивает эффективный мониторинг заполненных жидкостью областей, который можно выполнять в реальном времени. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ формирования трещин гидроразрыва в подземной формации, согласно которому накачивают жидкость в нагнетательную скважину с регулируемой частотой с целью образования и распространения в формации по меньшей мере одной заполненной жидкостью трещины; обеспечивают скачкообразное изменение давления жидкости в нагнетательной скважине; регистрируют резонансные частоты колебаний по меньшей мере одной заполненной жидкостью трещины; регулируют частоту, с которой накачивают жидкость в нагнетательную скважину так, чтобы она совпадала с какой-либо из резонансных частот колебаний по меньшей мере одной заполненной жидкостью трещины.2. Способ по п.1, в котором скачкообразное изменение давления жидкости в нагнетательной скважине обеспечивают посредством нескольких кратковременных остановок нагнетания.