Способ гидроразрыва горных пород и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК E21B43/26 

Изобретение относится к средствам освоения геотермальных, нефтяных месторождений для повышения приемистости, дебита скважин и, в частности, при разработке циркуляционной технологии добычи геотермальной энергии из сухих горных пород.

Способ поясняется устройством.

На фиг. 1 представлено устройство в транспортном положении; на фиг. 2 - то же, в рабочем положении.

Устройство состоит из сосуда 1, в нижней части которого секционно размещаются заряды 2 из состава смеси, способной после инициирования,- например, электровоспламенителем или термитной шапкой к самоокислению. Количество зарядов 2 и их состав определяется типом пород и величиной проектируемой трещины гидроразрыва. Заряды разделяются между собой электровоспламенителями замедленного действия 3 (или термитными шашками), которые соединяются проводом 4 е кабель-тросом 14, В зависимости от требуемого давления, состав смеси на основе углерода подбирается в определенных весовых частях. Например, соотношение компонентов: селитра 30%; сера 10%; углерод 60% при реакции развивают давление в замкнутом объеме до 10 МПа; селитра 50%; сера 10%; углерод 40% - давление до 75 МПа; селитра 80%; сера 10%; углерод 10% - давление 200 МПа.

Регулировать давление можно как изменением отношения объемов смеси и пор, так и процентным соотношением различных видов окислителя (NH4N03. ШОз, NaNOa, Са(МОз)2). Кальциевая селитра является наиболее сильным окислителем, т.к. содержит на 1 г моль вещества 6 молекул кислорода.

со Ј ю

Внутри сосуда над пороховыми зарядами 2 размещен поршень 5, который в нижнем положении удерживается пружиной 6. Для ограничения перемещения имеются фиксаторы 7.

По наружной поверхности сосуда 1 кон- центрично расположен запорный орган 8, заполненный в виде эластичного рукава, который в верхней части жестко крепится к сосуду 1 нижней части герметично закрепляется к подвижной (относительно оси сосуда) муфте 9. В сосуде 1 между поршнем 5 и секциями пороховых зарядов 2 расположены по окружности газопропускные отверстия 10, которые в транспортном положении герметично перекрываются подвижной муфтой 9. Полость, образованная запорным органом 8 и наружной поверхностью сосуда 1, соединена с внутренней над- поршневой частью сосуда дроссельными отверстиями 11. Эти полости заполнены несжимаемой жидкостью 12. утечки которой предотвращаются в нижней части поршнем 5 и герметичной подвижной муфтой 9, а в верхней жестким креплением запо рного органа 8 к сосуду 1 и герметичным замком кабель-троса 14.

Устройство работает следующим образом. V, ,

Скважину предварительно заполняют на всю глубину раствором пенообразователя (0,5-0,8% по активному веществу). В интервал планируемой зоны гидроразрыва на кабель-тросе опускают устройство. Электровоспламенитель подключается к источнику питания, под действием которого происходит инициация самоокисления углеродной смеси первой секции заряда 2. Образовавшийся газ, расширяясь, передает давление поршню 5, который, перемещаясь в осевом направлении вверх, вытесняет жидкость 18 из внутренней полости сосуда 1 через дроссельные отверстия 11, передавая давление запорному органу. Под действием равномерного давления эластичный рукав запорного органа 8 перемещается в радиальном направлении, благодаря чему обеспечивается его плотное прижатие к стенкам скважины и создается рабочая зона с герметичным отделением части пенообра- зующего раствора в стволе скважины. При радиальном расширении запорного органа 8 его механическое повреждение предотвращается соединением в нижней части к подвижной муфте 9, которая, перемещаясь вверх по наружнЪ й поверхнйсти сосуда, открывает газопропускные отверстия 10, формирующие радиальное направление потока газообразных веществ в скважине, где под действием диспергации раствора ПАВ происходит образование пены высокого давления. Установлено, что при радиальном потоке газа обеспечивается наиболее эффективное пенообразование. По этому

принципу устроены как отечественные так и зарубежные пеногенераторы. Благодаря эффективному формированию пены в локальной рабочей зоне мгновенно достигается высокое давление, превышающее

0 сопротивление горной породы разрушению, и происходит инициация трещин гидроразрыва. Эффективность гидроразрыва повышается за счет низкой фильтрации пены, обладающей высокой эффективной

5 вязкостью, даже в высокопроницаемом массиве и вся энергия затрачивается на развитие трещины гидроразрыва. После отработки первой секции порохового заряда давление в сосуде 1 снижается, поршень 5

0 под действием пружины б перемещается вниз, несжимаемая жидкость перетекает через дроссельные отверстия 11 во внутреннюю надпоршневую полость сосуда 1, давление на запорный орган снижается и

5 эластичный рукав перемещается радиально к оси, герметичная муфта 9 перемещается вниз и перекрывает газопропускные отверстия 10. Происходит разгерметизация рабочей зоны. При этом раствор ПАВ 13 под

0 действием гидростатического давления устремляется по кольцевому каналу между стенками скважины и запорным рукавом 8 и вновь заполняет рабочую зону, частично проникая в образовавшиеся трещины гид5 роразрыва, раскрытость которых сохраняется благодаря особым свойствам пены.

За это время под действием термитной шашки или следующим электровоспламенителём инициируется к самоокислению очередной

0 пороховой заряд. Цикл повторяется и вновь сформированная пена в рабочей зоне последовательно усиливает эффект гидроразрыва, поскольку энергия затрачивается на развитие уже образовавшейся трещины под

5 воздействием первого заряда. Эффективность предложенного способа гидроразрыва многократно повышается благодаря генерации пены не только в рабочей зоне, но и непосредственно в образованных тре0 щинах, в которые подается раствор ПАВ из рабочей зоны при ее разгерметизации, а газообразные вещества при последующей инициации заряда. При этом создают направленное давление на берега трещины,

5 что обеспечивает интенсивность ее развития.

Благодаря размещению нескольких последовательных секционных пороховых зарядов с изменяющейся интенсивностью развиваемого давления предложенный способ и устройство обеспечивают высокоэффективный гидроразрыв горных пород пеной с образованием трещин гидроразрыва практически любой заданной протяженности с большой площадью берегов, что очень важно при создании циркуляционных систем при использовании тепла Земли. Предлагаемый способ и устройство для гидроразрыва горных пород имеет ряд преимуществ перед известными. Прежде всего Обеспечивается высокая эффективность и большая протяженность гидроразрыва за счет интенсивного формирования пены в рабочей зоне, где задается резкий рост давления и мгновенная инициация трещин, протяженность которых задается многоцикличной генерацией пены высокого давления непосредственно в трещинах, где действует направленное давление на их берега.

При использовании предлагаемого способа и устройства можно производить несколько гидроразрывов в стволе скважины, для этого необходимо перемещать устройство на заданный интервал перед каждой инициацией самоокисления последующей порохового заряда.

Формула изобретения 1. Способ гидроразрыва горных пород, включающий заполнение продуктивной зоны пенообразующим раствором, создание высокого давления на стенки скважины путем воздействия газообразными продуктами сгорания с образованием в призабойной зоне пены высокого давления, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа за счет возможности формирования трещины большой протяженности, после заполнения скважины

пенообразующим раствором в призабойной зоне создают герметичную рабочую зону ее отделением от вышележащего столба жидкости, а пену высокого давления создают после формирования рабочей зоны непосредственно в трещинах, при этом пенообра- зующий раствор из рабочей зоны нагнетают в трещины после ее разгерметизации.

2. Устройство для гидроразрыва горных пород, включающее связанный с кабелем

корпус, размещенные в корпусе пороховые заряды, электровоспламенители замедленного действия и пакер, отличающееся тем. что, с целью повышения эффективности работы устройства за счет формирования

трещин большой протяженности, оно снабжено подпружиненным поршнем и устаноЁ- ленной на корпусе муфтой, в корпусе выполнены дроссельные отверстия для соединения надпоршневой полости с внутренней полостью пакера, при этом пакер выполнен в виде размещенного на корпусе эластичного рукава, который жестко связан одним концом с корпусом, а другим - с муфтой, герметично перекрывающей и открывающей при продольном перемещении газопропускные отверстия, выполненные в подпоршневой полости корпуса над пороховыми зарядами, при этом надпоршневая полость корпуса и внутренняя полость пакера.

заполнены несжимаемой жидкостью.

Фив /

Изобретение относится к нефтегазодобывающей пром-ти. Цель - повышение эффективности способа за счет возможности формирования трещин большой протяженности. Скважину заполняют пенообра-зую- щим раствором. Спускают в скважину пороховой заряд и подрывают его. В процессе горения заряда в призабойной зоне создают герметичную рабочую зону ее отделением от вышележащего столба жидкости, Горение заряда сопровождается образованием трещин в пласте и пены высокого давления, которая залавливается в трещины. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.