Способ гидроразрыва горных пород Советский патент 1988 года по МПК E21B43/26 

Р1 зобретение относится j ; ropnoNiy яде™ лу, в частности к способг М добычи полезных ископаемых формированием в скважинах, трещин или разрывов.

Целью изобретения является по.бь;ше , ние эффективности способа при одновременном снижении энерх озатрат на прогрев призабойной зоны.

На чертеже показана схема реализа- .JQ ции предлагаемого способа

Схема включает в себя буров то скважину 1 с призабойной зоной 2.. вскрывающую горные породы 3., колонну насос- но-компрессорных труб 4 с пакером 5э j5 сообщенную с дожимным. устройством bs нагреватель 7 и предполагаемая тре-- щина 8, ,«

Способ реализуют следующий образом .„

С поверхности земли до глубинь npe;v полагаемого образования трещины осуществляют буреш-зе сквазкнн. 1 „

В период бурейня по ольггнтзМ прохалг- кам и получаемым образцам керна опре-25 деляют плотность, прО -ц-11;а8Мость и пье- зопроводность пороДэ слагающих приза- бойную зону о После проход :;.и скважины в ее призабойной зоне 2 через ко. юнну насосно-комп:рессорных труб 4 устаг ав- JQ ливают нагреватель 7 и затек устакав-- ливают пакер 5, который изолирует при- забойную sotry 2 от оста.пьной части скважины 1 в

Далее в призабойной зоне 2 .жи- нь создают давление S :Г ревыта.юш,ее критическое давление перехода жидкой фа35

зы в газообразную ( №1а)

В

случае, если глубина скзажины недостаточна для тогОэ чтобы гидростатичес кое давление столба заполняющей ее жидкости превысило крити ческое давление - перехода жидкой фазы в- газообраз- нутр, то требуемое давление создают с

помощью дожимного устройет;за 6 На-

греватеяем / осуществляют нагрев жидко.сти в призабойной зоне 2 до критической температуры переисода жидкой фа зы в газообразную (T,- )

Поддерживание в призабойном ггрост,- ранстве давления превосходящего критическое давление перезсода жидкой фа-- зы в парообразную, обеспечивает возможность нагрева жи,п,кос.тк практически до критической температуры парообразо вания воды ()о Это позволяет достичь максимально возмо: 1шый коэффициент объемного тер№ ческого расппяре- ния воды лt При теючературе 350-370 С

, .JQ

j5

.„

v

- 25 JQ

357fV72

равный 66,8-264 -1П М/ С (при

температуре 50-25П С ос 10,3-18,140 1/ С), и приводит к ускоренному росту давления жидкости н подпакерном пространстве вплоть до ofipa30BaHHH в породах первичной трещины 8.

Интенсивность подвода тепла (мощность нагревателя) при этом устанавливают из следующих соображений.

Рост давления в призабойном пространстве При нагреве жидкости сдерживается ее фильтрационными утечками в горный, массив, которые увеличиваются с повышением проницаемости пород. Интенсивность подвода тепла должна приводить к такому термическому расширению жидкости, которое; несмотря на фильтрационные утечки,, обеспе- чрлзает рост давления жидкости в призабойном пространстве вплоть до достижения давления гидравлического разрыва пород на данной глубине РГ,

«

+ q;,rcjp, (1)

Р,-„др 2p gK-p gHM-P где РПА пластовое давление, МПа;

коэффигтиент структурного ослабления j

предел прочности пород на разрыв., ВДа;

9,81 м/с - ускорение свободного падения; Н - глубина, м. Причем период роста давления до

iPx

И.

величины Р,

Vlftp

/должен не превосходить

время повышения температуры жидкости в призабойнок Пространстве до критической тег-шературы превращения жидкой фазы в парообразную (Т,,. 370 С), При интенсивности подвода тепла Q время позьпиения температуры от начальной Т л составляет

Vn.-i 1 :: То1

Q

-- теплоемкость и плотность жидкости гидро- разрывЯ; Дж/кГ С, кг/м 1

до критической Т. 370 с

с .-

6 -

где

;

(2)

р.

V

- .о де а„

п,э

;

H d.c

...„„„

объем призабойного пространства j м

in

)

(3)

диаметр необсаженного участка скважины в призабойном пространстве м| длина призабойного пространства, м.

Повышение теьшературы жидкости в ризабойном пространстве происходит

п, 5.

.5

11роп(5рииоиально общему количе,ству подведениог о тепла.

..

iiT

(4)

Vn.r ,

Рост температуры жидкости сопровождается увеличением относительного объема

Y -i . .т llQ- t .

Vn.i v; 3.

Величину фильтрационных утечек С из призабойиого пространства в породы можно определить взяв производную dhVn. dl

(5)

С - it-Q- .

(6)

Повышение давления в призабойном пространстве при дебите фильтрационных утечек С-и. определяется по формуле

Р р + S25J; , (7)

С .k-ln, d|

,357ri7

где k - проницаемость пород,

( - динамическая вязкость, К - пьезопроподность пород, M-Vc.

оого

С роную

5) 10

(6)

15

м нуле

(7)

Подставив в уравнение (7) соотношения (2) и (3) можно получить соотношение

In

(8)

fi

р р J.

4 iT- k-ln.,

9 i: lC -1 :1370зТо1 . , .

A Q

Сравнивая равенства (1) и (8) и учитывая, что в интервале изменения Q () Вт выражение QlnQ с достаточной точностью аппроксимируется линейной зависимостью вида 13,3Q - 18710, после соответствующих пре- образований формула для определения интенсивности подвода тепла к подпа- керному объему жидкости имеет вид

Изобретение относится к горному делу и преднаэначно для добычи полезных ископаемых формированием в скважинах трещин или разрывсш. Цель - повьшение эффективности способа при одновременном снижении энергозатрат .на прогрев призабойной зоны. Для этого в период бурения по опытным прокачкам и получаемым образцам керна определяют плотность, проницаемость и пьезопроводность пород, слагаюпщх призабойную зону. Затем в прнзабой- ной зоне путем нагнетания в скважину жидкости создают давление, превышающее Критическое давление перехода жидкой фазы в газообразную. Жидкость При этом нагревают до критической т-ры перехода жидкой фазы в газообразную. Это позволяет достичь макс, возможного коэф. объемного термического расширения воды и приводит к ускоренному росту давления жидкости в подпакерном пространстве вплоть до образования в породах первичной трещины. Интенсивность Q подвода тепла определяют из выражения Q f 1 tB,1« «10 -К Н (р-490): о,0054апк + I- 0, где р , К, Тс - соответственно плотность, проницаемость и пьезопроводность пласта, кг/м , Н - глубина интервала разрыва пласта, м. 1 ил. (Л 4ib 00 ел о

О .j tp MLiSHX2j ;|n-p } l

In (iclnv . ) У

30

Подставляя в формулы (9) средние значения теплофизических параметров жидкости в призабойном пространстве в интервале температур 30-370 С (C,k 9,1 10 .Дж/(кг.,°С); p-k 745 кг/м ; ci.,0025 /°С; щ 0,22 10 Па-с) , принимая длину призабойного пространства 1.1 0,5 м и пренебрегая значением TO по сравнению с 1. 370 С и величиной q)0 р по сравнению, с gH(2pn-4{) р.;) , можно получить окончательное выражение для определения интенсивности подвода тепла

п ii§AlliQl:-klHj iPni49Ql. , .

0,0053 1п%+ 0,051 45

Пример. Определение потребной мощности нагревателя для образования на глубине 00 м трещины гидрораэ- рьша в условиях геотермального месторождения. Плотность пород на этой бине, определенная по данным.испытания кернов, составляет рп 2650 кг/м, их пьезопроводность % 10 , а проницаемость, установленная в результате пробных откачек, изменяется в ., пределах Ю , 10 , 10 м.

Мощность нагревателя (интерсив- ность подвода теплоты) для образования первичной трещины гидроразрыва в

соответствии с формулой (Ю) составляет при проницаемости К 10 м

Q

li§Alilo2iiQlll -2ogg(2650;490i

0,0053 In (100)+0,051

477 кВт

Для проницаемостей пород К 10 и 10 м величина Q соответственно составляет 60 и 18 кВт,

f6

Формула изобретения

Способ гидроразрыва горных пород, включающий повышение давления в при- забойной зоне путем нагнетания в скважину жидкости и ее нагрева, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа при одновременном снижении энергозатрат на прогрев призабойной зоны, предварительно определяют плотность, проницаемость и пьезопроводность пород, слагающих призабойную зону, причем давление повышают до величины, превышающей критическое давление перехода жидкой фазы в газообразную, при этом жидкость нагревают до критической температуры перехода жидкой фазы в га U35767

зообразнуго, а интенсивног.ть подвода где р, k, X тепла Q определяют из выражения

Н

О - il8Alj.lO k-Hj i -49qi ° 0,0053 1пхГ+ 0,Р5Т

-- соответственно плотность, проницаемость и пьезопроводность пласта, кг/м, - глубина интервала разрыва пласта м.