Способ определения пространственного положения и геометрических параметров трещины гидроразрыва Российский патент 2023 года по МПК G01V1/40 G01V3/30 E21B47/13 

Техническое решение относится к способам контроля развития трещины гидроразрыва пласта и ее геометрии посредством измерения электромагнитного поля, излучаемого на краях трещины, и может найти применение в нефтегазовой области, а также в горном деле.

Известен способ контроля развития трещины гидроразрыва пласта и ее геометрии по патенту РФ № 2374438, кл. Е21В 43/26, опубл. 27.11.2009 г., Бюл № 33, включающий использование, по меньшей мере, одной скважины, нагнетание в ствол одной из скважин жидкости гидроразрыва под давлением, причем в качестве жидкости гидроразрыва используют жидкость с высокой проводимостью электрического тока в отношении к пласту как слабо проводящему электрический ток, приложение в процессе гидроразрыва электрического напряжения к жидкости гидроразрыва посредством двух электродов, один из которых находится в контакте с жидкостью гидроразрыва, а другой - заземлен, и определение геометрии трещины по данным системы датчиков. К жидкости гидроразрыва прикладывают серию импульсов напряжения, причем заземленный электрод установлен на расстоянии от электрода, находящегося в контакте с жидкостью гидроразрыва, достаточном, чтобы избежать электрической разрядки системы «жидкость гидроразрыва - заземленный электрод» в первые моменты времени после поступления импульса напряжения от скважины на стадии, соответствующей окончанию зарядки жидкости гидроразрыва, по меньшей мере, в одной скважине измеряют параметры электромагнитного поля и/или акустических сигналов, возникающих в результате приложения импульсов напряжения к жидкости гидроразрыва, и дополнительно определяют координаты краев трещины.

Общими признаками аналога и предлагаемого технического решения являются: погружение и установка в скважину геофизического прибора, ее каротаж с помощью этого прибора для определения пространственного положения трещины гидроразрыва и ее геометрии.

Недостатками указанного способа являются: сложная обработка полученных данных, ограничение возможностей реализации в глубоких скважинах (более 500 м) из-за сложности установки геофизического прибора, что существенно снижает эффективность способа. Необходимость наличия второй скважины при каротаже на больших глубинах для размещения приборов значительно повышает трудо- и энергозатраты, стоимость, увеличивая срок работ, осложняет процесс, и как следствие, ведет к снижению надежности и эффективности способа.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ определения пространственной ориентации трещины гидроразрыва по патенту РФ № 2626502, кл. Е21В 43/267, G01V 5/10, опубл. 28.07.2017 г., Бюл. № 22, включающий проведение гидроразрыва пласта с образованием трещины гидроразрыва и определение ее пространственной ориентации после проведения гидроразрыва пласта. Перед проведением гидроразрыва пласта в скважину в интервал пласта, подлежащий гидроразрыву, на колонне труб спускают геофизический прибор, вращением колонны труб с геофизическим прибором на угол 360° производят импульсно-нейтронный каротаж скважины путем замера нейтронно-поглощающей способности породы пласта, извлекают колонну труб с геофизическим прибором из скважины, производят гидроразрыв пласта с образованием и креплением трещины гидроразрыва проппантом, причем в процессе крепления трещины проппант закачивают двумя порциями, первой порцией закачивают проппант в 4/5 части от его общей массы, а второй порцией закачивают маркированный проппант, содержащий 0,4% мас. гадолиния (Gd⁶⁴ _157,25), в 1/5 части от общей массы проппанта, при этом фракции проппанта одинаковы в обеих порциях, по окончании крепления трещины стравливают давление из скважины и промывают забой скважины от излишков маркированного проппанта, извлекают колонну труб с пакером из скважины, в скважину в интервал пласта с трещиной, закрепленной в призабойной зоне маркированным проппантом, на колонне труб спускают геофизический прибор, вращением колонны труб с геофизическим прибором на угол 360° производят импульсно-нейтронный каротаж путем замера нейтронно-поглощающей способности породы пласта и трещины гидроразрыва и определяют пространственную ориентацию трещины гидроразрыва.

Общими признаками прототипа и предлагаемого технического решения являются: погружение и установка в скважину в интервале пласта гидроразрыва геофизического прибора, ее каротаж на угол 360° и определение пространственного положения трещины гидроразрыва.

Недостатком прототипа являются обязательное применение для реализации способа радиоактивных веществ, опасных для окружающей среды, необходимость использования для погружения геофизического прибора колонны труб и привода для их вращения, что существенно усложняет конструкцию, реализующую подачу геофизического прибора в интервал пласта, подлежащий каротажу, соответственно повышая трудо- и энергозатраты, расходы на оборудование для осуществления способа, а следовательно, снижая надежность и эффективность способа.

Проблема заключается в повышении надежности способа определения пространственного положения и геометрических параметров трещины гидроразрыва за счет упрощения технической системы для его реализации путем отказа от вращения геофизического прибора приводом колонны труб, а также значительного увеличения эффективности и безопасности способа за счет отказа от радиоактивного проппанта путем реализации электрического каротажа скважины сверхвысокочастотными (далее СВЧ) электромагнитными сигналами с последующим определением геометрических параметров трещины гидроразрыва.

Проблема решается тем, что в способе определения пространственного положения и геометрических параметров трещины гидроразрыва, включающем погружение и установку в скважину в интервале пласта гидроразрыва геофизического прибора, посредством которого осуществляют ее каротаж на угол 360°, и определение пространственного положения трещины, согласно техническому решению производят электрический каротаж скважины с помощью антенного блока, с двух сторон которого осуществляют одновременно сканирование поверхностей скважины сверхвысокочастотными электромагнитными сигналами, обеспечивая зоны сканирования: с одной стороны антенного блока от 0° до 180°, с другой его стороны от 180° до 360°, и определяют геометрические параметры трещины гидроразрыва.

Отказ от применения проппанта, содержащего потенциально опасные вещества, повышает экологичность способа определения пространственного положения и геометрических параметров трещины гидроразрыва, снижает его энергозатраты, стоимость каротажа. Погружение антенного блока на фидере без необходимости применения сложной дорогостоящей колонны труб с их приводом повышает надежность и эффективность способа, поскольку исключает возможность поломки оборудования (колонна труб, механизм их погружения и вращения, соединительные элементы), обеспечивающего реализацию способа, что экспериментально подтверждено. Использование электрического каротажа СВЧ электромагнитными сигналами, широко применяемого, например, в наземной радиолокации, существенно повышает точность определения пространственного положения и геометрических параметров трещин гидроразрыва, а следовательно, значительно повышает эффективность способа.

Сущность технического решения поясняется примером конкретной реализации способа определения пространственного положения и геометрических параметров трещины гидроразрыва и чертежом, где показана схема реализации способа.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. В вертикальную скважину 1 (см. чертеж) в интервал пласта с трещинами 2 гидроразрыва погружают на фидере 3 антенный блок 4 с помощью которого производят электрический каротаж скважины 1. Антенный блок 4 состоит, например, из двух соединенных между собой волноводно-щелевых антенных решеток - 5 и 6, осуществляющих излучение и регистрацию отраженных от краев трещины 2 гидроразрыва СВЧ электромагнитных сигналов 7 и 8 соответственно. Антенный блок 4 позволяет осуществить одновременно сканирование поверхностей скважины 1 СВЧ электромагнитными сигналами с двух сторон, обеспечивая зоны сканирования: с одной стороны антенного блока 4 от 0° до 180°, с другой его стороны от 180° до 360°. Таким образом, осуществляют сканирование поверхности вертикальной скважины 1 вокруг антенного блока 4, с высокой точностью определяя пространственное положение трещин 2 гидроразрыва и их геометрические параметры без необходимости вращения антенного блока 4. При определении геометрических параметров трещины 2 гидроразрыва отклонение главного максимума диаграммы направленности осуществляют путем изменения частоты СВЧ электромагнитных сигналов, что позволяет существенно расширить диапазон сканирования, точность проводимых геометрических измерений, а следовательно, значительно повысить эффективность способа.

Результаты электрического каротажа передают по фидеру 3 на блок 9 обработки информации.

Предлагаемый способ позволяет:

- упростить технологию определения пространственного положения трещины 2 гидроразрыва за счет сканирования скважины 1 без сложных приспособлений;

- существенно расширить эффективность способа за счет возможности определения геометрических параметров трещины 2 гидроразрыва;

- повысить точность проводимого каротажа за счет реализации электрического типа сканирования СВЧ электромагнитными сигналами 7;

- существенно сократить экономическую составляющую по сравнению с прототипом;

- обеспечить повышение безопасности по сравнению с прототипом.

Изобретение относится к способам контроля развития трещины гидроразрыва пласта и ее геометрии, применяется в нефтегазовой области, горном деле. Сущность: осуществляют погружение и установку в скважину в интервале пласта гидроразрыва геофизического прибора, посредством которого осуществляют ее каротаж на угол 360°, и определение пространственного положения трещины гидроразрыва. Производят электрический каротаж скважины с помощью антенного блока, с двух сторон которого осуществляют одновременно сканирование поверхностей скважины сверхвысокочастотными электромагнитными сигналами, обеспечивая зоны сканирования: с одной стороны антенного блока от 0 до 180°, с другой его стороны от 180 до 360°. Определяют геометрические параметры трещины гидроразрыва. Технический результат: упрощение технической системы реализации, повышение точности определения пространственного положения и геометрических параметров трещин гидроразрыва, а также значительное повышение эффективности способа. 1 ил.

Способ определения пространственного положения и геометрических параметров трещины гидроразрыва, включающий погружение и установку в скважину в интервале пласта гидроразрыва геофизического прибора, посредством которого осуществляют её каротаж на угол 360°, и определение пространственного положения трещины гидроразрыва, отличающийся тем, что производят электрический каротаж скважины с помощью антенного блока, с двух сторон которого осуществляют одновременно сканирование поверхностей скважины сверхвысокочастотными электромагнитными сигналами, обеспечивая зоны сканирования: с одной стороны антенного блока от 0 до 180°, с другой его стороны от 180 до 360°, и определяют геометрические параметры трещины гидроразрыва.