Глубинная пушка для гидравлического разрыва пласта Советский патент 1986 года по МПК E21B43/26 

1

Изобретение относится к устройствам для гидравлического разрыва пласта и может быть использовано в добыче нефти, газа и геотермальных вод.

Целью изобретения является увеличение мощности гидроударного воздействия на пласт и предотвращение повреждения обсадной колонны,

Иа фиг.1 показано устройство для гидравлического разрыва пласта в процессе спуска в скважину (глубинная пушка), общий вид; на фиг.2 - установка разделительной пробки и циркуляционного клапана над газожидкостной камерой.

Устройство имеет имплозивную камеру (полый корпус) 1 с плунжером 2 содержащим обратный клапан 3 с мембраной 4 в верхней части, газожидкостную камеру, образованную секцией 5 колонны насосно-компрессорных труб, содержащей-ударный столб 6 жидкости и столб 7 сжатого газа, и ограниченную подвижной разделительной пробкой 8 сверху и мембраной 4 снизу, на газожидкостную камеру 5 навинчен нижний переходник 9 циркуляционного клапана 10, а между переходником 9 и переходником 11 с щелевыми окнами 12 зажато упорное кольцо 13. Переходник 11 соединен с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) 14.

Подвижная разделительная пробка 8 имеет в своей нижней цилиндрической части 30-40 отверстий диаметром по 3-4 мм и содержит набор кольцевых манжет 15 (3-4 шт), закрепляемых на корпусе с помощью дистанционных втулок 16 и резьбовой гайки 17, а также эластичный ниппель 18, упруго обтягивающий перфорированный участок пробки 8 (вместо ниппельной системы может быть обратный клапан, например, пилотного типа).

Элементы устройства собирают при их спуске в скважину. Перед спуском в скважину корпуса 1 в нем предварительно создают относительный вакуум известным методом. Дпя этого, например, к корпусу 1 с плунжером 2 снизу присоединяют трубу длиной не менее Юме заглушенным торцом и корпус и трубу заполняют водой. Затем корпус сверху герметично закрывают мембраной 4, заглушку нижней трубы снимают, при этом вода .из кор

2213282

пуса 1. вытекает через обратный клапан 3 плунжера 2 и в корпусе 1 создается вакуум, а в нижней трубе остается Юм водяного столба, компенси5 руя атмосферное давление. Эту трубу отсоединяют от корпуса 1 и его спускают в скважину.

К корпусу 1, спущенному в скважину, сверху наращивают газожидкост10 ную камеру 5, представляющую собой секцию НКТ 14, имеющую внутренний диаметр, равный внутреннему диаметру корпуса 1. В этой камере высота столба 6 жидкости равна 15-30 м, а вы15 соту h столба 7 сжатого газа, закачиваемого через патрубок 19, подбирают так, чтобы непосредственно перед разрушением мембраны 4 высота этого столба также была равна 1520 30 м. Это условие соблюдается при

h, h, Щ я

0

0

где hj 15-30 м, 5 Р ПЛОТНОСТЬ жидкости в

скважине, кг/м , g - ускорение силы тяжести,

м/с2 ;

Hj - глубина установки газожидкостной Кс1меры в скважине для разрыва пласта, MJ

u(,S. избыточное давление на устье скважины для разрушения мембраны. Па, Р - предварительное (начальное) давление газа в газожидкостной камере. Па.

С газожидкостной камерой 5 соединяют циркуляционный клапан с упорным кольцом, установив непосредственно под ним разделительную пробку 8. Через патрубок 19, осевой канал и эластичный ниппель (клапан) разделительной пробки 8 в газожидкостную камеру 5 вводят газ (азот или воздух) и создают в ней предварительное (начальное) давление газа P i ., Отворачивают патрубок 19 от корпуса разделительной пробки 8 и наращивают сверху циркуляционного клапана колонну НКТ 14, циркуляционный клапан располагают против подошвы пласта, по мере спуска в 5 скважину разделительная пробка 8 опускается все ниже в давление столба 7 сжатого газа в газожидкостной камере 5 выравнивается с гидроста5

тическим давлением столба жидкости в скважине 20.

Обратной циркуляцией из кольцевого пространства скважины 20 через циркуляционный клапан в канал НКТ 14 глинистый раствор в скважине 20 замещают легкой жидкостью и интенсивно промывают интервал фильтра например, углеводородным растворителем (в нефтяных скважинах) или водным раствором ПАВ (в геотермальных скважинах),

После этого устройство приподнимают вместе с колонной НКТ 14 так, чтобы плунжер 2 корпуса 1 оказался против глубины, на которой намечается произнести гидроразрыв пласта 21.

Закачкой продавочной жидкости в колонну НКТ 14 (при этом за счет перепада давления клапан 10 закрывается, разобщая канал НКТ 14 от скважины 20) повышают давление на мембрану 4 на величину Р, и разрушают ее.

После разрушения мембраны 4 ударньй столб 6 жидкости из газожидкостной камеры падает в корпус 1 разгоняемый в ней столбом 7 сжатого газа и с высокой скоростью бьет в плунжер 2, который легко отделяется от корпуса 1 и, в свою очередь, ударяет на жидкость под собой в зоне продуктивного пласта 21. (Для извлечения плунжера 2 и разделительной пробки 8 при подъеме колонны НКТ 14 к корпусу 1 снизу можно присоединить на резьбе ловитель-фонарь с захватным дном).

Скорость падения ударного столба 6 жидкости в корпус 1 на каждом отрезке пути перемещения z обуслов- лена действием силы тяжести mg этого столба, силы давления Р сжатого газа и с учетом силы трения на длине Р ударного столба жидкости определяется по формуле

(Pfg+Pa

Ьг +1

-) id

Л РЕ

Ггр - плотность ударного столба

жидкости, кг/м, f - высота ударного столба жидкости в газожидкостной камере , м;

g - ускорение силы тяжести, м/с2;

Pj - давление сжатого газа в

газожидкостной камере в момент разрушения мембраны. Па j

2 высота столба сжатого газа в газожидкостной .камере в момент разрушения мембраны, Mj

Z - высота имплозивной камеры (полой трубы) - длина пути падения ударного столба жидкости в имплозивной камере - от разрушения мембраны до плунжера (отрез- ки пути перемещений ударного столба жидкости после разрушения мембраны), м;

d - внутренний диаметр поперечного сечения газожид- костной и имплозивной камер, м.

IL - коэффициент сопротивления падению жидкостиf для турV 0,3164. булентного режима « в -.

Мкё

для воды 0,025. Давление гидравлического удара рассчитывается по формуле Н.Е. Жуковского

va

Р

где а у, 1200 м/с - скоррсть распространения продольных упругих ,колебаний давления в скважине.

5

Так как боковой гидравлический импульс давления на прискважинную зону пласта 21 при этом значительно превышает величину вертикального горного давления, то происходит расширение существующих трещин и возникают новые трещины в пласте.

Импульс давления расходуется на расширение и создание трещин в пласте, поэтому упругие волны давления- разрежения в скважине не распространяются или имеют небольшую плитуду, не представляющую опасность для крепи скважины. Однако и эти колебания в зоне продуктивного пласта поглощаются сжатым газом, выталкиваемым из корпуса в скважину

5 сразу после гидравлического удара.

После разрушения мембраны закрывают затрубные задвижки фонтанной

арматуры на устье скважины и определяют приемистость пласта 21. При удовлетворительной приемистости пласта в него закачивают 3-10 м высококонцентрированной соляной кислоты (в карбонатные породы).или глинокислоты (в терригенные отложения) из расчета 0,2-0,5 м на 1 м мощности пласта. Скважину оставляют при закрытых задвижках на 30-60 мин для реакции кислоты с породой пласта, после чего открывают

задвижки и снижением уровня жидкости в колонне НКТ 14 на 500-800 м компрессором очищают прискважинную зону пласта от продуктов реакции кислоты с породой с одновременным

вызовом притока из пластов.

Редактор М. 1(иткина

1560/38

Тираж 548 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ШШ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,4

Составитель И. Кепке

Техред л.Олейник Корректор С. Черни