СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПРОДУКТИВНОГО ПЛАСТА Российский патент 2016 года по МПК E21B43/26 E21B43/02 E21B43/18 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может успешно использоваться для повышения производительности как вновь вводимых, так и действующих добывающих и нагнетательных скважин, для интенсификации добычи нефти и повышения нефтеотдачи в осложненных геолого-физических условиях разработки, в частности при обработках скважин, вскрывающих карбонатные пласты.

Известен способ увеличения проницаемости призабойной зоны продуктивных пластов за счет образования трещин - гидроразрыв пласта, включающий спуск в скважину колонны насосно-компрессорных труб с пакером и его установку, последовательную закачку в колонну насосно-компрессорных труб жидкости разрыва, суспензии жидкости носителя с закрепляющим материалом и продавочной жидкости с темпом закачки, обеспечивающим давление на забое скважины выше давления разрыва пород пласта (Шнуров В.И. Технология и техника добычи нефти. - М.: Недра, 1983, с.154-168).

Данный способ, в том числе его модификации, связанные с применением воздействия на пластовую среду различными жидкими химреагентами (патент РФ №2247234, кл. Е21В 43/26, Е21В 43/27), несмотря на значительные затраты па проведение процесса, не всегда обеспечивают ожидаемые результаты, их КПД недостаточно высок, особенно в осложненных геолого-физических условиях залегания пластов. Процесс развития трещин слабо управляем, часто возникают нежелательные осложнения, связанные с повреждениями колонн, образованием гидродинамических связей забоя скважины с водо- и газонасыщенными зонами и пластами. Образующиеся трещины по глубине и простиранию пласта не всегда связаны с насыщенностью жидкости и слабо реализуют потенциал увеличения нефтеотдачи залежи.

Различные усовершенствования способа, направленные на устранение его отрицательных последствий, на локализацию трещины гидроразрыва, на задание ее определенного направления и глубины, например способ с прорезанием щелей в горизонтальной плоскости с применением гидропескоструйного перфоратора с вращателем (патент РФ №2055172, кл. Е21В 43/26), также слабо учитывают естественное состояние горной пластовой среды и не обеспечивают достаточно эффективный процесс развития трещинообразования на удалении от оси скважины.

Известны также способы создания и развития трещин в пластах, включающие воздействие упругими колебаниями или импульсами на пластовую среду в процессе ее разрыва (патент РФ №2085721, кл. Е21В 43/25; Гадиев С.М. Использование вибрации в добыче нефти. - М.: Недра, 1977; патент РФ №2320865, кл. Е21В 43/26; патент РФ №2191259, кл. Е21В 43/263; патент РФ №2209960, кл. Е2143/27; патент РФ №2095561, Е21В 43/27; патент РФ №2065949, кл. Е21В 43/263; патент РФ №2055172, кл. Е21В 43/26; патент США №4548252, кл. Е21В 43/263).

Благодаря инициированию и интенсификации фильтрационных процессов, процессов смачивания и расклинивания микротрещин, использование упругих колебаний или импульсов позволяет в определенной степени улучшить условия процесса трещинообразования, повысить его охват и глубину, но эффективность воздействия на пластовую среду упругими колебаниями и импульсами в известных способах недостаточна и носит энергетический, силовой, а не управляющий характер. В данных способах, при импульсном воздействии, например при сжигании порохового заряда, разрыве мембраны и т.д., для прямого создания трещины требуется получение положительного или отрицательного скачка давления достаточно большой амплитуды и длительности, что ограничивается требованиями устойчивости конструкции скважины. Развитие в пластовой среде используемых в способах полезных эффектов упругих колебаний ограничено энергетическими порогами, и требуется как размещение на забое достаточно мощных колебательных источников, так и обеспечение приемлемых условий для передачи энергии упругих колебаний из скважины в пласт. Это налагает большие технико-технологические сложности при практической организации процесса гидроразрыва и сильно ограничивает эффективность по глубине воздействия в различных геолого-физических условиях.

Известные способы не используют полностью потенциал упругих волн как инструмента управляющего воздействия на многокомпонентную насыщенную геологическую среду - нелинейную динамическую и самоактивную систему. При этом основной недостаток известных методов в том, что при выборе режимов технологической операции разрыва структуры горных пород пластов и задании момента времени начала создания в ней трещин не учитывается естественное поведение горной среды.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ создания трещин в пластах (патент SU №1745903, кл. Е21В 43/26), согласно которому на удалении от скважины, предназначенной для гидроразрыва, бурят дополнительные скважины, определяют векторы максимального и минимального главных напряжений, размещают в них пневматические источники, ориентируют их оси в направлении действия минимального главного напряжения и возбуждают в массиве горных пород колебания в диапазоне от 60 до 1500 Гц с закачкой разупрочняющих растворов, а затем переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний горного массива. Далее возбуждают частоту, равную частоте колебаний столба жидкости, уже для скважины, предназначенной для гидроразрыва, и производят в ней собственно гидроразрыв.

Данный способ предполагает определенную оценку напряженно-деформационного состояния горных пород и осуществление волнового воздействия на пласт во время гидроразрыва с достаточно сложным регулированием его частоты.

Несмотря на данные признаки этот способ не устраняет изложенные выше основные недостатки известных методов. Так, во время оценки напряженно-деформационного состояния определяются по разовым статическим замерам с датчиков давления горных пород лишь векторы максимального и минимального напряжений. Они оцениваются в горной среде не вблизи от скважины, предназначенной для гидроразрыва, а вблизи достаточно отдаленной контрольной скважины. При этом среда предполагается полностью однородной, но величины данных векторов и их направление могут достаточно сильно изменяться в различных геолого-физических условиях при переходе от одной точки среды к другой в зависимости от структуры и строения среды.

Кроме того, отмеченные оценки используются лишь для ориентации концов вибрационных излучателей, хотя от точечных излучателей, помещенных в скважины, в однородной среде энергия распространения волн почти одинакова по всем направлениям и каких-то угловых закономерностей распространения волновой энергии не достигается.

Выбор частот воздействия в известном способе обуславливается лишь условиями достижения достаточно малых потерь энергии при распространении в геологических средах упругих воли. Но если по способу возбуждать в момент гидроразрыва вынужденные колебания полного столба жидкости в скважине, то лишь малая часть энергии при этом будет передаваться в пласт, и большинство волновой энергии будет передаваться по всем направлениям в вышележащие породы. Далее, хотя в способе и задается воздействие на частоте собственных колебаний горного массива, но данная частота никак не оценивается и остается неопределенным понятием применительно к реальным геологическим средам сложного структурного строения.

В реальных условиях геологическая насыщенная среда продуктивных пластов представлена иерархией фрактальных структур самого различного масштаба и ее напряженно-деформационное состояние и его изменение с развитием новых полей трещиноватости и новых фильтрационных полей определяется при взаимодействии микро- и макроструктур, а также и состоянием и взаимодействием всех трех фаз - твердого скелета породы, жидкого флюида и газа. Комплексное изменение состояния продуктивной среды во многом определяется не только прочностно-деформационными характеристиками материала скелета пород, но и комплексными поверхностными, а для структурированных нефтей и объемными, физико-химическими и механическими взаимодействиями всех фаз. Для развития новой трещиноватости помимо деформирования скелета требуется и полноценное смачивание новой поверхности жидкими фазами и обеспечение подвижности - течения жидкой фазы со снижением вязкости по образующимся новым каналам. Все происходящие при этом явления взаимосвязаны и взаимообусловлены.

Осуществляемое на пластовую среду воздействие будет качественно эффективным, если оно направлено на изменение структурных компонент и развитие полезных процессов трещинообразования одновременно по всем масштабам ее структурного состояния.

Задача заявляемого технического решения и ожидаемый технический результат заключаются в повышении эффективности процесса гидроразрыва пласта путем получения из геологической пластовой среды и соответственного анализа информации о состоянии комплекса структур горных пород в динамике их изменения в ходе напряженно-деформационных, флюидодинамических и физико-химических процессов, происходящих под влиянием внешних и внутренних факторов, и использования результатов анализа для создания наиболее благоприятных условий для полнообъемного охвата пласта сетью глубоких и не смыкающихся трещин, в расширении эксплуатационных возможностей способа в осложненных геолого-физических условиях и упрощении способа.

Технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем оценку напряженно-деформационного состояния горных пород и закачку в пласт через скважины жидкости гидроразрыва под давлением при волновом воздействии из скважины с регулированием частот, согласно изобретению, до проведения гидроразрыва по дискретным интервалам времени, выбираемым с последовательным возрастанием временного диапазона, замеряют в скважине сигналы сейсмоакустической эмиссии из пластовой среды и по повышению или понижению их уровня от фонового значения оценивают изменения напряженно-деформационного состояния горных пород, при этом осуществляют бароколебательное воздействие на пласт с развитием давлений на забое, не превышающих давление разрыва его пород, с величинами изменений забойного давления и диапазоном частот создаваемых колебаний, определяемых фильтрационно-емкостными параметрами пластовой среды, и по данным спектрального анализа записей замеренных сигналов сейсмоакустической эмиссии по интервалам времени, соответствующим развитию максимумов напряженно-деформационного состояния горных пород, выявляют диапазоны частот отклика пластовой среды, а при стабилизации изменений забойного давления данное воздействие прекращают, затем подают жидкость гидроразрыва в пласт с одновременным волновым воздействием на частотах по выявленным диапазонам.

При этом оптимально выбор интервалов времени замеров сигналов сейсмоакустической эмиссии из пластовой среды осуществлять последовательным увеличением пространственного масштаба в отношении, равном отношению масштабов логарифмической спирали, в любой точке которой отношение длины дуги к диаметру кривизны равно иррациональному числу (√5+1)/2.

В целях рационального использования энергетических ресурсов штатного нефтепромыслового оборудования (насосных агрегатов) бароколебательное воздействие возможно осуществлять сочетанием циклов репрессионно-депрессионного воздействия на пласт с воздействием упругими колебаниями на горные породы пласта из забоев скважин.

При осуществлении циклов репрессионно-депрессионного воздействия на пласт целесообразно одновременно с воздействием упругими колебаниями производить закачку в него рабочих жидкостей с извлечением из трещин и пор горных пород пласта жидких, газообразных и твердых естественных кольматантов и продуктов реакции во время создания депрессий на пласт, с промывками забоя скважин.

В зависимости от конкретных геолого-физических условий залегания пласта и категории скважины в качестве рабочих жидкостей возможно использовать воду, нефть, углеводородные растворители, растворы поверхностно-активных веществ, кислоты, нефтекислотные эмульсии, их композиции, эмульсии, химические реагенты с кислой или щелочной реакцией.

При этом энергетически и технологически оптимально циклы репрессионно-депрессионного воздействия при бароколебательном воздействии создавать с применением скважинных струйных насосов, а волновое воздействие на горные породы пласта осуществлять забойными скважинными гидродинамическими генераторами во время циркуляции жидкости в скважине одновременно с промывками забоя скважины и призабойной зоны пласта (ПЗП), или в процессе закачки жидкости в пласт.

Дополнительно к волновому воздействию на пласт из забоев скважин возможно осуществлять волновое воздействие на пласт поверхностными вибросейсмическими источниками.

При реализации способа для достижения максимального развития процесса трещинообразования при осуществлении гидроразрыва пласта целесообразно по оценке изменения напряженно-деформационного состояния горных пород пласта среды выбирать времена подачи жидкости гидроразрыва в пласт, совпадающие с максимумом градиента изменения напряженно-деформационного состояния горных пород пласта, соответствующего естественной активизации трещинообразования.

В целях достижения максимальной эффективности при анализе сигналов сейсмоакустической эмиссии из пластовой среды и выявления диапазона частот целесообразно определять частоту появления данных частот во времени, а при подаче жидкости гидроразрыва с одновременным волновым воздействием на выявленных диапазонах частот распределение энергии колебаний по данным частотам выбирать в соответствии с частотой их появления.

В качестве жидкости гидроразрыва можно использовать воду, нефть, кислоты, нефтекислотные эмульсии, их композиции, эмульсии.

При закачке жидкости гидроразрыва желательно подавать в пласт последовательно оторочки жидкостей различной вязкости.

Приготовление рабочих жидкостей технологически рентабельно осуществлять на выходе гидродинамических генераторов на забое скважин при прокачке через них смесей жидкостей или газожидкостных смесей.

При увеличении коэффициента приемистости и последующей его стабилизации целесообразно переходить к операциям по закреплению трещинообразования.

В целях получения дополнительной информации о состоянии горных пород пласта возможно определять методом сейсмолокации бокового обзора (СЛБО) объемную динамику трещиноватости в пласте вблизи скважины путем изменения трещиноватости до и после проведения гидроразрыва пласта. Данный метод дает пространственные телеметрические образы реального распределения трещиноватости по пласту залежи.

Вышеуказанные отличительные от прототипа признаки предлагаемого способа определяют возникновение нового качества воздействия и целевого преобразования горной пластовой среды при осуществлении гидроразрыва пласта, связанного с непрерывным получением информации из реальной среды, ее обработкой в режиме реального времени и использования данной информации для организации энергетически оптимального процесса образования глубоких и разветвленных трещин при максимальном учете особенностей строения и внутренних процессов геологической среды, что обуславливает максимальный приток нефти из пласта в скважины и повышение нефтеотдачи.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Согласно изобретению предварительно по дискретным интервалам времени, выбираемым с последовательным возрастанием временного диапазона, замеряют в скважине сигналы сейсмоакустической эмиссии из пластовой среды и по повышению или понижению уровня замеряемых сигналов от фонового значения оценивают изменения напряженно-деформационного состояния горных пород. При этом проводят бароколебательное воздействие на пласт с развитием давлений на забое, не превышающих давление разрыва его пород. Данное предварительное воздействие направлено одновременно и на разупрочнение горных пород пласта - инициирование развития в пластовой среде внутренних процессов, определяющих достижение нового качества развития трещин и разрыва пород, и на тестирование самой внутренней структуры по отклику на данное воздействие для определения частотно-временных параметров ее максимального реагирования.

В естественном сложно-напряженном состоянии в насыщенной пластовой среде непрерывно функционируют различные внутренние процессы, связанные с образованием, устойчивостью и динамикой различных неоднородностей, дислокации, изменениями состояний структуры на всех иерархических микро- и макроуровнях, неравновесными фазовыми переходами, в том числе в насыщающих фазах. Информативными вестниками данных процессов являются сигналы сейсмоакустической эмиссии из пластовой среды, которые отражают все процессы, происходящие на разных масштабных уровнях структуры среды. Горная среда чувствительна к различным внешним возмущениям и воздействиям, причем таким достаточно слабым, как, например, действие солнечной компоненты, и реагирует на нее суточными вариациями фонового подземного звука, свидетельствующими об изменениях напряженного состояния в среде. Достаточно отчетливо пластовая среда реагирует на локализованное на забое скважин бароколебательное воздействие, при этом регистрация, исследование с соответствующим анализом сигналов акустической эмиссии из нее являются информативным и надежным методом распознавания и диагностики внутреннего состояния пластовой среды, вместе с диагностикой и мониторингом процессов и явлений, протекающих под влиянием как внутренних факторов, так и различных внешних воздействий. Создаются условия для оценки внутреннего состояния пластовой среды, динамики его изменений для выбора режима осуществления последующих операций способа.

При этом важно, что производится запись и анализ сигналов сейсмоакустической эмиссии по дискретным интервалам времени, выбираемым с последовательным возрастанием временного дипазона. Цель данных операций - выявление внутренних закономерностей поведения сложно-напряженной пластовой среды с максимально возможным охватом ее структурных уровней и определение различных масштабно временных параметров для последующего волнового воздействия. Наиболее информативно и эффективно осуществлять трансформацию временного диапазона с последовательным увеличением пространственного масштаба в отношении, равном отношению масштабов логарифмической спирали, в любой точке которой отношение длины дуги к диаметру кривизны равно иррациональному числу (√5+1)/2. В этой трансформации заложен основополагающий природный принцип самодостаточности, который проявляется в строении сложных природных систем, различных форм и образований в виде простых отношений, и применение которого для анализа позволяет наиболее быстро и гарантированно определить скрытые внутренние закономерности в различных структурных масштабах.

Кроме того, при предварительном бароколебательном воздействии величины изменений забойного давления и частота создаваемых колебаний определяются фильтрационно-емкостными параметрами пластовой среды, например проницаемостью и пористостью, при этом величины давлений на забое не превышают давлений, при которых происходит разрыв горных пород. Это позволяет диагностировать именно фильтрационные структурные составляющие внутреннего состояния пластовой среды, которые в основном определяют развитие и интенсивность процессов распространения давления в пласте и флюидного гидротрещинообразования при реализации способа.

Тестирование внутренней структуры среды тесно связано с вышеописанными процессами и явлениями в пластовой среде при осуществлении бароколебательного воздействия. Реагируя на воздействие, пластовая среда сама изменяется - происходят изменения в пространственном распределении напряженного состояния, появляются новые поля насыщенности жидкости и трещиноватости, инициируемые в том числе и процессами резонансного разгазирования микрозародышей и пузырьков газа в образующиеся дислокации и микротрещины, процессами изменений во внутренней структуре воды, положительно влияющими на ее фильтрационную активность. Происходит предварительное разупрочнение пластовой среды в призабойной зоне скважин, очистка существующих каналов и образование новых с расширением профилей притока по толщине пластов - осуществляется подготовка для достижения нового качества воздействия при осуществлении дальнейших заключительных операций способа. В оптимальном варианте в качестве бароколебательного воздействия осуществляют сочетание циклов репрессионно-депрессионного воздействия на пласт с волновым воздействием упругими колебаниями на структуры горных пород пласта из забоев скважин и производят закачку в него воды, нефти, углеводородных растворителей или растворов поверхностно-активных веществ, кислот, нефтекислотных эмульсий, химических реагентов с кислой или щелочной реакцией с извлечением из трещин и пор структуры горных пород пласта жидких, газообразных и твердых естественных кольматантов и продуктов реакции во время создания депрессий на пласт, с промывками забоя скважин. Данные операции резко интенсифицируют процессы очистки уже имеющихся в пластовой среде каналов фильтрации и трещин и образование новых каналов и площадей поверхности горной среды по толщине пласта и по его простиранию для последующего воздействия.

При этом вся динамика данных изменений проявляется в соответственном изменении излучаемой акустической эмиссии (АЭ) из пластовой среды и непрерывно отслеживается.

По записям АЭ из пластовой среды в скважине, по повышению или понижению их уровня от фонового значения, оценивают изменения напряженно-деформационного состоянии горных пород, проводят спектральный анализ АЭ и по сопоставлению временной динамики развития минимумов и максимумов напряженно-деформационного состояния с его результатами выявляют ряд диапазонов частот. Эти частоты соответствуют отклику пласта по основным размерностям структурной иерархии на данное воздействие. Особая важность определения данных частот в том, что при внедрении жидкости гидроразрыва в пласт с одновременным волновым воздействием на этих диапазонах частот возникает синергетический, резонансный отклик среды - развитие фильтрационных разрушений, начиная с микроуровней структуры и зародышей трещинообразования, сопровождается одновременными синхронными процессами разрушения и трещинообразования на структурах более высокого уровня, вплоть до образования крупных разрывов и трещин в пластовой среде. При этом реализуется собственная активность пластовой среды, происходит высвобождение внутренней энергии среды, и затраты внешней энергии минимальны. При одновременной подаче под высоким давлением жидкости гидроразрыва в пласт осуществляется максимально эффективный по охвату пласта и глубине процесс гидроразрыва пласта.

Способ осуществляют следующим образом.

На выбранной для осуществления гидроразрыва скважине производят предварительные работы по подготовке к проведению воздействия на пласт, планируют территорию для расстановки техники, насосных агрегатов и прокладки коммуникаций. Проверяют техническое состояние скважины, уточняют геолого-физическис характеристики вскрытого интервала пласта, его емкостные и фильтрационные параметры, интервалы поступления жидкости, отбирают пробы продукции скважины, геофизическими методами определяют приемистость продуктивного пласта и ее зависимость от давления нагнетания, уточняют последние текущие сведения по режиму работы скважины и ее конструкции, в случае необходимости производят промывки скважины и дополнительную перфорацию продуктивного пласта. Производят все необходимые по регламенту работы, выбирают и подготавливают необходимые рабочие жидкости и химические агенты, оснащают устье скважины требуемой техникой, компьютерными измерительными и аналитическими комплексами.

Для уточнения геолого-физических характеристик горной среды пласта, определения режимов и пороговых параметров волнового воздействия проводят по экспресс-методике авторов диагностирование состояния образцов продуктивных пластов, на которых производится гидравлический разрыв пласта.

В скважину на насосно-компрессорных трубах спускают сборку из гидродинамического генератора упругих колебаний, пакеров, якорей и другой необходимой техники и арматуры с установкой гидродинамического генератора на уровне продуктивного интервала пласта. В сборку добавляют необходимые измерительные датчики и приборы с проводкой кабелей по трубам на устье к компьютерным комплексам, при необходимости устанавливают автономные глубинные приборы, например глубинный манометр-термометр. От затрубной задвижки устья скважины прокладывают выкидные трубопроводы в технологические емкости с рабочей жидкостью, к НКТ подключают насосные агрегаты для параллельной работы с приемными рукавами, соединенными с технологическими емкостями. После проверки и настройки компьютерного измерительного комплекса и датчиков осуществляют необходимые фоновые замеры АЭ из горной среды пласта и ее анализ.

Далее производят бароколебательное воздействие на пласт. В оптимальном варианте осуществляют периодическое репрессионно-депрессионное воздействие на пласт с воздействием упругими колебаниями при прокачке жидкостей через скважинные гидродинамические генераторы, установленные напротив продуктивного интервала пласта. В цикле репрессии на пласт производят закачку рабочей жидкости в пласт. При этом выбирается такой режим закачки, что забойное давление при своем повышении достигает определенной локальной величины, определяемой текущими фильтрационными свойствами пласта. В цикле депрессии производят откачку жидкости из пласта с применением скважинного струйного насоса, который предварительно устанавливают в скважине в сборке с пакерами и гидродинамическим генератором.

В ходе бароколебательного воздействия по записываемым в дискретные интервалы времени, выбираемые с последовательным возрастанием масштаба, сигналам АЭ производят непрерывный компьютерный анализ, определяют частотный режим волнового воздействия при последующих заключительных операциях способа. При стабилизации локальных изменений забойного давления в выбранном постоянном режиме закачек в пласт рабочей жидкости бароколебательное воздействие останавливают и переходят к заключительным операциям способа - осуществляют закачку рабочей жидкости под давлением разрыва одновременно с волновым воздействием на выявленных частотах.

Пример осуществления способа.

Для проведения операций способа по разрыву пласта выбрана добывающая скважина, вскрывающая в интервале глубин 1194-1203 м пласт C₂b, представленный продуктивными карбонатными отложениями Башкирского яруса среднего карбона, пористостью от 0 до 13%, средней проницаемостью 0,05 мкм². Текущий забой 1238 м. Текущий дебит 1,0 м³/сут, обводненность продукции 10%, динамический уровень 855 м.

Скважина обсажена эксплуатационной колонной 146 мм с толщиной стенок 7,75 мм.

После проведения подготовительных работ, промывки, отбивки забоя, шаблонирования колонны, опрессовки НКТ в скважину на НКТ спустили компоновку с оборудованием технологического комплекса НПП ОЙЛ-ИНЖИНИРИНГ «СТРЭНТЕР» - последовательно: патрубок с глубинным манометром-термометром, узел с поличастотным генератором колебаний УКВС, пакерный узел (пакер ПРО-ЯМО-ЯГ+1 труба НКТ). С привязкой по радиоактивному каротажу и локатору муфт установили генератор посередине интервала пласта и с упором насосно-компрессорных труб (НКТ) на забой.

Обвязали устье скважины с двумя насосными агрегатами ЦА-320.

К обсадной колонне скважины подключили измерительно-аналитический комплекс НПП ОЙЛ-ИНЖИНИРИНГ для регистрации акустических сигналов из пласта по обсадной колонне и для их записи и анализа, представленный пьезоэлектрическими преобразователями типа ДН-3-М1 и ДН-4-М1, устройствами предварительного усиления сигналов, ВШВ-003-М3, аналого-цифровым преобразователем (АЦП) Е-330, компьютером на базе процессора Intel Pentium-M, оснащенным специальным программным обеспечением.

Начинается реализация способа по инициированию развития в пластовой среде внутренних процессов очистки и разупрочнения структуры пористой среды. Для этого одновременно с изменениями забойного давления необходимо создание в среде упругих колебаний с частотно-энергетическим режимом, который определяется заданием колебательного ускорения $$\ddot{\xi }$$ и колебательного смещения ξ.

При этом режимные параметры колебательного ускорения и смещения для достижения эффектов воздействия по методике авторов изобретений оцениваются как: $$\ddot{\xi }\ge \left(\mathrm{0,1}-0.5\right)g$$ и $$\xi \ge \left(\mathrm{0,3}-\mathrm{1,0}\right)\overline{d}$$ , g - величина ускорения свободного падения, $$\overline{d}$$ - характерный диаметр поровых каналов среды, который оценивают по коэффициентам проницаемости k и пористости m с использованием формул Ф.И.Котяхова

$$\overline{d}=\frac{4}{7}*{10}^{-5}*\sqrt{\frac{k*\mathrm{0,5035}}{m^{\mathrm{2,1}}}}={10}^{-5}*\mathrm{0,5714}*\sqrt{\frac{\mathrm{0,04901}*\mathrm{0,5035}}{{\mathrm{0,13}}^{\mathrm{2,1}}}}=\mathrm{0,76461}*{10}^{-5}м.$$

Здесь подставляется значение коэффициента проницаемости k.

При этом необходимый для реализации способа частотный диапазон колебательного воздействия определяется как:

$$f=\frac{1}{2\pi }\sqrt{\frac{\ddot{\xi }}{\xi }}$$ и $$f_1=\frac{1}{2\pi }\sqrt{\frac{\mathrm{0,1}g}{\overline{d}}}=\frac{{10}^3}{2*\mathrm{3,14159}}*\sqrt{\frac{\mathrm{0,1}*\mathrm{9,8}}{\mathrm{7,6461}}}=\mathrm{56,9}Гц$$ ;

$$f_2=\frac{1}{2\pi }\sqrt{\frac{\mathrm{0,5}g}{\mathrm{0,3}\overline{d}}}=\frac{{10}^3}{2*\mathrm{3,14159}}*\sqrt{\frac{\mathrm{0,5}*\mathrm{9,8}}{\mathrm{0,3}*\mathrm{7,6461}}}=\mathrm{232,6}Гц$$ .

При прокачке рабочей жидкости насосными агрегатами через гидродинамический генератор ГДВ2-20, входящий в поличастотный комплекс УКВС, на забое скважины напротив продуктивного пласта генерируются упругие колебания, рабочий частотный диапазон которых 0,1-1200 Гц перекрывает необходимый частотный диапазон эффективного воздействия.

Осуществлялось бароколебательное воздействие на пласт - сначала производилась прокачка рабочей жидкости - воды через трубы в режиме циркуляции через желобную емкость с расходом 0,01-0,012 м³/с при давлении 9-12 МПа в течение 40-50 мин; затем осуществлялась при закрытом затрубье ее закачка в пласт с контролем приемистости при давлении, не превышающем допустимое давление нагрузки эксплуатационной колонны, в течение 5-10 мин с последующим открытием затрубья для излива и включением прокачки жидкости по круговой циркуляции с расходом 0,01-0,015 м³/с в течение 10-20 мин. Циклы закачка - излив повторялись. Одновременно по записям сигналов АЭ из пласта в дискретные моменты времени с работой компьютера измерительно-аналитического комплекса осуществлялся контроль изменения состояния пластовой среды.

На фиг.1 представлены результаты спектрального анализа сигналов АЭ из пласта, соответствующие временам развития максимумов напряженно-деформационного состояния, по которым определялись частотные диапазоны отклика пласта на бароколебательное воздействие 0,3-3 Гц, 30-80 Гц, 300-450 Гц и 800-1000 Гц.

На фиг.2 представлены диаграммы забойного давления и температуры, полученные по записям глубинного манометра-термометра в ходе осуществления способа. Римскими цифрами обозначены этапы: I -закачка 1,5 м³ кислоты с расходом 3,3*10^-3 м³/с; II - закачка нефтекислотной эмульсии с расходом 8,5*10^-3 м³/с; III - закачка нефти с расходом 5,3*10^-3 м³/с.

К устьевой арматуре через смеситель подключили два кислотных агрегата для параллельной работы. Приемные шланги насосных агрегатов установили в технологическую емкость объемом 30 м, заполненную нефтью. От затрубной задвижки проложили выкидную линию в технологическую емкость. Произвели закачку в пласт последовательно соляной кислоты (24-28%) и нефтекислотной эмульсии (50%). Закачали в пласт 2 м³ соляной кислоты + 2 м³ нефтекислотной эмульсии.

После посадки пакера произвели закачку в пласт последовательно 8 м³ нефтекислотной эмульсии, 1 м³ соляной кислоты, 6 м³ нефтекислотной эмульсии, 1 м³ соляной кислоты. Затем продавили в пласт 13 м³ нефти.

При работе комплекса УКВС осуществляли воздействие на пласт упругими колебаниями по выявленным частотным диапазонам, при этом частоты первого низкочастотного диапазона 0,1-3 Гц и диапазона 800-1000 Гц задавались во время работы УКВС регулированием усилий и скорости механических приводов смещения труб НКТ на устье, а частоты 480-550 Гц регулировались изменением расхода рабочей жидкости через входящий в комплекс УКВС гидродинамический генератор ГДВ2 В-20.

По временным промежуткам 15,5-19 мин, 36,5-40,5 мин. наблюдалось заметное падение температуры с 20,5°C до 17,5°C и с 21,5°C до 18,5°C (см. фиг.2) при стабилизации роста забойного давления, свидетельствующее об образовании трещин, преимущественно горизонтального простирания.

Сорвали пакер. Произвели разрядку давления в пласте в течение 12 ч. Произвели завершающие работы по извлечению глубинного оборудования и пуску скважины в эксплуатацию.

Использование изобретения позволяет существенно повысить эффективность и рентабельность обработок скважин при осуществлении гидроразрыва пластов за счет оптимизации последовательности операций при осуществлении технологического процесса, повышения качества подготовительных операций очистки, разупрочнения горной среды, сокращения энерго- и трудозатрат, сроков ввода скважин в эксплуатацию, оптимизации расходов химреагентов, повышения производительности и условий труда.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для интенсификации добычи нефти в осложненных геолого-физических условиях разработки. Технический результат - повышение эффективности гидроразрыва пласта. Предварительно по дискретным интервалам времени, выбираемым с последовательным возрастанием временного диапазона, замеряют в скважине сигналы сейсмоакустической эмиссии из пластовой среды. По изменению их уровня от фонового значения оценивают изменения напряженно-деформационного состояния горных пород. При этом проводят бароколебательное воздействие на пласт так, чтобы давление на забое не превышало давление разрыва пород пласта. Величину изменений забойного давления и частоту создаваемых колебаний определяют по фильтрационно-емкостным параметрам пластовой среды. Проводят спектральный анализ акустической эмиссии из пласта и по сопоставлению временной динамики развития минимумов и максимумов напряженно-деформационного состояния горных пород выявляют диапазоны частот отклика пластовой среды. При стабилизации изменений забойного давления бароколебательное воздействие прекращают и подают в пласт жидкость гидроразрыва с одновременным волновым воздействием на частотах по выявленным диапазонам. Непрерывно используют информацию по состоянию реальной среды. Эту информацию обрабатывают в режиме реального времени и используют для организации энергетически оптимального процесса образования глубоких и разветвленных трещин. Одновременно учитывают особенности строения и внутренние процессы геологической среды, чем обуславливают максимальный приток нефти из пласта в скважины и повышение нефтеотдачи. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ гидравлического разрыва пласта, включающий оценку напряженно-деформационного состояния горных пород и закачку в пласт через скважины жидкости гидроразрыва под давлением при волновом воздействии из скважин с регулированием частот, отличающийся тем, что до проведения гидроразрыва по дискретным интервалам времени, выбираемым с последовательным возрастанием временного диапазона, замеряют в скважине сигналы сейсмоакустической эмиссии из пластовой среды и по повышению или понижению уровня замеряемых сигналов от фонового значения оценивают изменения напряженно-деформационного состояния горных пород, при этом осуществляют бароколебательное воздействие на пласт с развитием давлений на забое, не превышающих давления разрыва его пород, с величинами изменений забойного давления и диапазоном частот создаваемых колебаний, определяемых фильтрационно-емкостными параметрами пластовой среды, и по данным спектрального анализа записей замеренных сигналов сейсмоакустической эмиссии по интервалам времени, соответствующим развитию максимумов напряженно-деформационного состояния горных пород, выявляют диапазоны частот отклика пластовой среды, а при стабилизации изменений забойного давления бароколебательное воздействие прекращают, затем подают жидкость гидроразрыва в пласт с одновременным волновым воздействием на частотах по выявленным диапазонам.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбор интервалов времени замеров сигналов сейсмоакустической эмиссии из пластовой среды осуществляют с последовательным увеличением пространственного масштаба, соответствующего иррациональному числу (√5+1)/2.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что бароколебательное воздействие осуществляют сочетанием циклов репрессионно-депрессионного воздействия на пласт с воздействием упругими колебаниями на горные породы пласта из забоев скважин.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что при осуществлении циклов репрессионно-депрессионного воздействия на пласт одновременно с воздействием упругими колебаниями производят закачку в него рабочих жидкостей с извлечением из трещин и пор горных пород пласта жидких, газообразных и твердых естественных кольматантов и продуктов реакции во время создания депрессий на пласт, с промывками забоя скважин.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве рабочих жидкостей используют воду, нефть, углеводородные растворители или растворы поверхностно-активных веществ, кислоты, нефтекислотные эмульсии, их композиции, эмульсии, химические реагенты с кислой или щелочной реакцией.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что при бароколебательном воздействии циклы репрессионно-депрессионного воздействия создают с применением скважинных струйных насосов.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что воздействие упругими колебаниями на горные породы пласта осуществляют забойными скважинными гидродинамическими генераторами во время циркуляции жидкости в скважине одновременно с промывками забоя скважины и призабойной зоны пласта.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что волновое воздействие на пласт осуществляют забойными скважинными гидродинамическими генераторами в процессе закачки жидкости в пласт.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что дополнительно к волновому воздействию на пласт из забоев скважин осуществляют волновое воздействие на пласт поверхностными вибросейсмическими источниками.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что по оценке изменения напряженно-деформационного состояния горных пород пласта выбирают времена подачи жидкости гидроразрыва в пласт, совпадающее с максимумом градиента изменения напряженно-деформационного состояния горных пород пласта, соответствующего естественной активизации трещинообразования.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что при анализе сигналов сейсмоакустической эмиссии из пластовой среды и выявлении диапазона частот определяют частотность появления данных частот во времени, а при подаче жидкости гидроразрыва с одновременным волновым воздействием на выявленных диапазонах частот распределение энергии колебаний по данным частотам выбирают в соответствии с их частотностью.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкости гидроразрыва используют воду, нефть, кислоты, нефтекислотные эмульсии, их композиции, эмульсии.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что при закачке жидкости гидроразрыва в пласт подают последовательно оторочки жидкостей различной вязкости.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что приготовление рабочих жидкостей осуществляют на выходе гидродинамических генераторов на забое скважин при прокачке через них смесей жидкостей или газожидкостных смесей.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что при увеличении коэффициента приемистости и последующей его стабилизации переходят к операциям по закреплению трещинообразования.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что методом сейсмолокации бокового обзора скважин определяют объемную динамику трещиноватости в пласте вблизи скважины путем изменения трещиноватости до и после проведения гидроразрыва пласта.