Способ гидродинамического разрыва пласта Советский патент 1991 года по МПК E21B43/26 

Изобретение относится к созданию гидроразрыва пластов и может быть использовано для интенсификации добычи нефти и газа из слабопроницаемых пластов, а также для увеличения приемистости нагнетательных скважин.

Целью изобретения является повышение эффективности способа за счет резонансного усиления амплитуды колебания давления жидкости в интервале разрыва пласта.

На фиг. 1 изображена схема скважины и расположение отдельных узлов, необходимых для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 - временная зависимость гидродинамической составляющей давления на забое и скорости движения КБТ, рассчитанном для приведенного примера по проведению гидроразрыва.

Обсаженная скважина глубиной Н имеет собственную частоту колебаний, равную

2тг2Н

W -. где Т -- (С - скорость распростI{

ранения волн давления в скважине, зависящая от сжимаемости жидкости и упругости стенки скважины).

При резком спуске колонны на забое скважины возникает волна сжатия, которая, устремляясь вверх по скважине, достигает ее устья и отражается от свободной поверхности с изменением полярности (становится волной разряжения). Через время, равное проходу волны вверх-вниз по сква2Нжине, (t -) волна разряжения приходит

W

к забою. Если в это время начать торможение колонны, то происходит дополнительное снижение давления в области ее торца.

О

ел ю ел

ю

Через промежуток времени, равный t - -, на забой скважины приходит отра -

женная от устья волна сжатия. Если в этот момент снова начать ускоренный спуск колонны, то величина давления в интервале гидроразрыва значительно увеличится за счет эффекта резонанса.

Чередуя ускоренный спуск и торможение колонны бурильных труб с частотой, равной частоте собственных колебаний скважины, за счет резонансного усиления значительно увеличивается амплитуда колебания давления в интервале гидроразрыва.

Процесс заканчивается после того, как общий спуск бурильной колонны произведен на длину, равную длине одной свечи (обычно 32-3b м}.; Расчеты показывают, что за время спуска колонны на одну свечу можно произвести 2-4 разгона и торможений и за счет резонанса удвоить амплитуду гидродинамической составляющей давления, доведя ее до 15-30 МПа, что достаточно для получения трещины гидроразрыва.

Преимуществом способа является использование резонансного явления для создания гидродинамического давления в скважине, что позволяет осуществлять гидроразрыв пласта в глубоких скважинах (до 4000 м), а также в скважине, стенки которой сложены высокопрочными породами.

Основными элементами схемы, представленной на фиг.1, являются обсаженная скважина 1, колонна 2 бурильных труб, обратный клапан 3,пласт 4, перфорированная щель 5, жидкость 6 гидроразрыва, цементный мост 7, граница 8 двух жидкостей.

Способ осуществляют следующим образом.

После завершения бурения скважину обсаживают колонной и устанавливают цементный мост 7 на уровне подошвы пласта 4. Производят щелевую перфорацию 5 и опускают бурильную колонну 2 в интервал скважины, содержащий пласт. Производят подъем колонны на длину одной свечи, одновременно через обратный клапан 3 подают жидкость 6 гидроразрыва, затем осуществляют резкий спуск колонны 2 до момента прихода в интервал гидрорэзрыва пласта 4 отражений от устья волны, при этом давление в интервале гидроразрыва уменьшается. После этого производят резкое торможение колонны с помощью тормоза, которое приводит к еще большему уменьшению давления в интервале гидроразрыва. В момент прихода отраженной от устья волны сжатия в интервал гидроразрыва давление начинает возрастать, производя в этот момент последующий ускоренный спуск колонны, получаем значительное увеличение давления в этом интервале за счет резонансного явления. Чередуя этапы разгона и торможения колонны с периодом 2Н/С, производят гидроразрыв пласта. После проведения гидроразрыва пласта колонну бурильных труб вновь поднимают и одновременно закачивают через обратный

0 клапан 3 фиксирующую жидкость, например буровой раствор с песком. Спуски и подъемы бурильных труб производят до тех пор, пока не зафиксируют образовавшиеся трещины гидроразрыва пласта. Так как ве5 личина полученного в результате резонансного усиления гидроимпульса, зависит от диаметра нижнего участка КБТ, плотности и реологии жидкости гидроразрыва и т.д., то для обеспечения гидроразрыва пласта мож0 но подобрать оптимальные значения этих параметров.

В качестве примера рассмотрим скважину глубиной Н 2000 м. обсаженную трубой, внутренний диаметр которой D 0,2 м.

5 Колонна труб, используемая для гидроразрыва, состоит из труб диаметром, м: DT 0.142, длиной Н 1800 и УБТ диаметром Оубт 0,185, длиной На 170. На забое скважины находится продуктивный мало0 проницаемый пласт, давление гидроразрыва которого Ргидр. 60 МПа. Столб жидкости в скважине, плотность которого р 1500 кг/м3 обеспечивает гидростатическое давление на забое Р3 1500 -10- 200

5 30 МПа. Проведение пескоструйной перфорации с длиной горизонтальной щели I 0,5 м снижает давление гидроразрыва на 10 МПа. Для определения скорости движения бурильных труб, необходимой для того,

0 чтобы величина гидродинамической составляющей давления превышала 20 МПа после выбора жидкости гидроразрыва с параметрами р 1800 кг/м3; К 4,8; п 0,25 и размеров колонны труб были проведены

5 расчеты на ЭВМ.

Период собственных колебаний выбранной скважины

0Т (C 1000M/C)Начинаем первый ускоренный спуск (Cai 0,8 м/с2), колонны в течение ti 4 с (фиг.2), колонна за это время опустится в

скважину на расстояние, равное ait 6,4 м. При этом скорость колонны в конце разгона равна Vi dm -3.2 м/с, а давление гидродинамической составляющей через ц определяется из расчетов на ЭВМ. Pi макс 9 МПа. Далее в течение последующих t2 4с производим торможение колонны с ускорением 32 - 0,5 м/с2 до V2 Vi - 32t2 3.2 -0 6 ,2 м/с.

При этом колонна дополнительно опускается на глубину

I,

Vit2 ,8м.

ч I ч 2

Следующий этап ускоренного спуска колонны включает разгон ее в течение 1з 4 с до Va V2 + аз1з - 4 ,4 м/с. При этом колонна опустится на глубину 1з 11,6 м, а давление в интервале гидрбраэрыва достигает 22 МПа, что достаточно для проведения гидроразрыва.

На последнем этапе Ц I - h - (2 1з 36-6,4-8,8-11,6 9 м производится остановка колонны. На фиг.2 приведена тахогрзмма движения КБТ и значение гидродинамической составляющей давления, полученное при этом. Проведение спуска КБТ приведенной компоновки с параметрами рассмотрены в примере, без использования резонанса при разгоне КБТ до /Макс 4,4 м/с дает Рмакс 16 МПа, что недостаточно для гидроразрыва пласта.

Таким образом, используя резонансное усилие амплитуды колебания давления жидкости, можно создавать высокое гидродинамическое давление, достаточное для гидроразрыва пласта как в глубоких скважинах, так и в скважинах, сложенных твердыми породами без применения дорогостоящих агрегатов.

Все это повышает эффективность предлагаемого способа, его технологичность, а также управляемость процесса гидроразрыва.

Формула изобретения Способ гидродинамического разрыва пласта, включающий установку обсадной колонны в скважине и цементного моста

ниже интервала гидроразрыва, проведение щелевой перфорации и спуск в интервал гидроразрыва колонны труб с обратным клапаном в утяжеленной нижней части, заполнение нижней части скважины жидкостью разрыва до полного погружения в нее утяжеленной части труб и периодический подъем и ускоренный спуск колонны труб на длину одной свечи с последующей фиксацией образовавшихся трещин, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности способа за счет резонансного усиления амплитуды колебания давления жидкости в интервале разрыва пласта, ускоренный спуск колонны труб осуществляют до момента возвращения отраженной от устья волны разряжения в интервал гидроразрыва, после чего проводят торможение колонны труб до момента прихода отраженной от устья волны сжатия в интервал гидроразрыва, при этом операции ускоренного и замедленного спуска повторяют до достижения колонны труб нижнего положения.

Изобретение относится к гидроразрыву в процессах нефтегазодобычи. Цель изобретения - повышение эффективности способа за счет резонансного усиления амплитуды колебаний давления жидкости в интервале гидроразрыва. Перед гидроразрывом в скважину спускают колонну труб с утяжеленной нижней частью. Заполняют жину жидкостью разрыва и начинают периодически поднимать и опускать колонну труб на длину одной свечи. При этом спуск колонны труб приводят с ускорением до момента возвращения отраженной от устья волны разрежения в интервал гидроразрыва, после чего проводят торможения колонны труб до момента прихода отраженной от устья волны сжатия в интервал гидроразрыва. Операцию спуска с переменной скоростью проводят до достижения колонной труб нижнего положения, после чего колонну труб поднимают вверх на длину одной свечи. 2 ил. ч# « Ј

Фие.1

Фиг. 2

N/ V