способ осуществления импульсного гидроразрыва

Формула изобретения

Способ осуществления импульсного гидроразрыва в горизонтальной скважине, включающий закачивание в полость скважины жидкости, формирование перепадов давления между призабойной зоной и полостью скважины путем создания периодических импульсов давления в призабойной зоне в виде перемещающейся по полости скважины волны движения массы жидкости, образующейся при периодическом вытекании скважинной жидкости в сливную емкость через вентиль слива жидкости, и повышения давления в полости скважины через вентиль долива жидкости, соединяющий полость скважины с источником жидкости, находящейся под давлением, предварительную оценку времени перемещения волны движения массы жидкости от устья до заданного участка призабойной зоны и длительность расширения и смыкания трещин пласта, установку в полости скважины исходного давления, при котором трещины пласта сомкнуты, открывание вентиля долива жидкости на время, в течение которого волна движения массы жидкости достигает заданный участок горизонтальной скважины и воздействует на трещины пласта, затем закрывание вентиля долива жидкости и открывание вентиля слива жидкости для снижения давления в скважине до величины исходного, отличающийся тем, что в горизонтальной скважине, имеющей два устья, осуществляют открывание вентилей долива жидкости первого устья относительно второго устья с задержкой по времени для обеспечения прихода волн движения массы жидкости от обоих устьев к заданному участку горизонтальной скважины одновременно или при наличии одного устья открывают вентиль долива жидкости, после формирования волны движения массы жидкости его закрывают, затем снова открывают вентиль долива жидкости и формируют вторую волну движения массы жидкости, задержку по времени между формированием первой и второй волн движения массы жидкости выбирают из условия обеспечения одновременного прихода отраженной от зумпфа первой и второй волн движения массы жидкости к заданному участку горизонтальной скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для освоения и восстановления дебита эксплуатационных скважин, понизившегося вследствие кольматации призабойной зоны асфальтосмолопарафиновыми образованиями и мехпримесями.

Известен способ заканчивания скважины и устройство для его осуществления (Волдаев Н.А., патент № 2271441, Кл. Е21В 43/П7), включающий спуск селективного кумулятивного перфоратора, содержащего секции с отдельным кумулятивным зарядом в каждой секции, создание подруба в горной породе с образованием в пласте веера каналов в плоскости, перпендикулярной оси скважины путем посекционного совмещения кумулятивных зарядов с плоскостью подруба и последовательного их выстреливания. Производят импульсный гидроразрыв пласта.

Однако для осуществления импульсного гидроразрыва необходимо применение кумулятивного перфоратора и проведение дополнительной перфорации.

Известен способ обработки прискважинной зоны пласта (Шипулин А.В., патент № 2266404, Кл. Е21В 43/25), включающий создание периодических импульсов давления в прискважинной зоне пласта в виде перемещающейся по полости скважины ударной волны, образующейся при периодическом открывании полости скважины на устье с применением вентилей, один из которых соединяет полость скважины со сливной емкостью, второй - с источником жидкости, находящейся под давлением.

Однако призабойная зона плохо промывается скважинной жидкостью, поскольку гидроудар имеет короткое время воздействия, в течение которого трещины пласта в течение ударного воздействия не успевают полностью раскрываться и смыкаться.

Известен способ обработки прискважинной зоны пласта (Шипулин А.В., патент № 2344281, Кл. Е21В 43/25), при осуществлении которого открыванием и закрыванием задвижек долива и излива на устье скважины создают периодические колебания скважинной жидкости, обеспечивающие раскачку ее массы в режиме резонанса.

Однако для осуществления гидроразрыва необходимо применять насосные агрегаты и устьевое оборудование высокого давления, частая коммутация которых трудно осуществима.

Известен способ гидродинамического разрыва пласта (Цейтлин С.Д., Кашик А.С., Лукьянов Э.Е., патент № 16525191, Кл. Е21В 43/26), при осуществлении которого в скважину спускают колонну труб с утяжеленной нижней частью, заполняют скважину 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.

Однако для осуществления способа необходимо приведение спуско-подъемных работ и применение подъемного устройства, способного в течение единиц секунд изменять скорость движения массивной колонны буровых труб.

Известен способ осуществления импульсного гидроразрыва (Шипулин А.В., патент № 2392425, Кл. Е21В 43/26), принятый за прототип, при осуществлении которого оценивают время перемещения волны движения массы жидкости от устья до заданного участка призабойной зоны и длительность расширения и смыкания трещин пласта, устанавливают в полости скважины давление, при котором трещины пласта сомкнуты, открывают вентиль долива жидкости на время, в течение которого волна движения массы жидкости достигает призабойную зону и воздействует на трещины пласта, затем закрывают вентиль долива жидкости и открывают вентили слива жидкости для снижения давления в скважине до величины исходного.

Однако перепад давления от формируемого гидравлического удара воздействует только на участок скважины, находящейся в непосредственной близости от зумпфа.

Задачей изобретения является получение импульсов высокого давления на любом заданном участке горизонтальной скважины за счет приведения массы скважинной жидкости в состояние движения с ускорением и ее торможения с созданием эффекта гидравлического удара.

Задача решается тем, что, применяя способ осуществления импульсного гидроразрыва в горизонтальной скважине, включающий закачивание в полость скважины жидкости, формирование перепадов давления между призабойной зоной и полостью скважины путем создания периодических импульсов давления в призабойной зоне в виде перемещающейся по полости скважины волны движения массы жидкости, образующейся при периодическом вытекании скважинной жидкости в сливную емкость через вентиль слива жидкости, и повышения давления в полости скважины через вентиль долива жидкости, соединяющий полость скважины с источником жидкости, находящейся под давлением, предварительную оценку времени перемещения волны движения массы жидкости от устья до заданного участка горизонтальной скважины и длительность расширения и смыкания трещин пласта, установку в полости скважины исходного давления, при котором трещины пласта сомкнуты, открывание вентиля долива жидкости на время, в течение которого волна движения массы жидкости достигает заданный участок горизонтальной скважины и воздействует на трещины пласта, затем закрывание вентиля долива жидкости и открывание вентиля слива жидкости для снижения давления в скважине до величины исходного, в горизонтальной скважине, имеющей два устья, осуществляют открывание вентилей долива жидкости первого устья относительно второго устья с задержкой по времени для обеспечения прихода волн движения массы жидкости от обоих устьев к заданному участку призабойной зоны одновременно, в горизонтальной скважине, имеющей одно устье, открывают вентиль долива жидкости, после формирования волны движения массы жидкости его закрывают, затем снова открывают вентиль долива жидкости и формируют вторую волну движения массы жидкости, задержку по времени между формированием первой и второй волн движения массы жидкости выбирают из условия обеспечения одновременного прихода отраженной от зумпфа первой и второй волн движения массы жидкости к заданному участку горизонтальной скважины.

Такой способ позволяет осуществлять гидроразрыв пласта формированием гидроударного повышения давления на любом участке горизонтальной скважины.

Пример устройства для реализации предлагаемого способа в горизонтальной скважине, имеющей два устья, поясняется чертежом фиг.1, пример устройства для реализации предлагаемого способа в горизонтальной скважине, имеющей одно устье, поясняется чертежом фиг.2, на которых: 1 - горизонтальная скважина; 2 - перфорация горизонтальной скважины; 3 - направление движения волны скважинной жидкости.

Способ реализуют следующим образом. На устьях скважины устанавливают вентили, первый из которых соединяет полость НКТ со сливной емкостью, второй - затрубное пространство с источником жидкости, находящейся под давлением, например линией жидкости, предназначенной для закачки в нагнетательные скважины или агрегатом ЦА-320. Жидкость закачивают в скважину до уровня исходного давления, при котором трещины пласта сомкнуты.

Если скважина имеет два устья, то в момент открывания вентиля долива одного из устьев жидкость из источника жидкости под давлением начинает перетекать в скважину. На устье образуется область высокого давления, которая перемещается к призабойной зоне и приводит в движение скважинную жидкость. Под воздействием давления, прикладываемого на устье, скорость движения массы скважинной жидкости увеличивается.

Через расчетный промежуток времени открывают вентиль долива второго устья, жидкость из источника жидкости под давлением начинает перетекать в скважину, образуется область высокого давления, которая перемещается к призабойной зоне и приводит в движение скважинную жидкость.

На заданном участке горизонтальной скважины волны движения жидкости сталкиваются, возникает гидравлический удар. Повышение давления при гидравлическом ударе рассчитывается по формуле Жуковского:

P_уд= · v·c,

где P_уд - повышение давления в призабойной зоне;

- удельная плотность жидкости;

v - изменение скорости движения жидкости в процессе гидроудара;

с - скорость распространения ударной волны.

При движении встречно направленных волн скважинной жидкости давление гидроудара пропорционально сумме скоростей движения обоих потоков. Повышение давления в области призабойной зоны приводит к расширению существующих и образованию новых трещин. Перемещение массы жидкости в призабойной зоне способствует ее промывке, отрыву адсорбционных отложений от стенок поровых каналов и трещин, а также расшатыванию и выкрашиванию низкопроницаемых фрагментов скелета пласта.

Через отрезок времени, достаточный для расширения трещин пласта, закрывают вентили долива обоих устьев и открывают вентили слива жидкости, что сопровождается снижением давления в скважине. При достижении исходного давления трещины пласта смыкаются, вентили слива закрывают. Операцию повышения давления на заданном участке горизонтальной скважины повторяют необходимое количество раз.

Движение многотонной массы жидкости оказывает воздействие как на призабойную зону, так и массив пласта. Инфранизкие частоты имеют малое затухание, поэтому периодические изменения забойного давления передаются в виде волн низкой частоты по простиранию пластов и способствуют перераспределению напряжений в массиве, что положительно влияет на нефтеотдачу.

Технология импульсного гидроразрыва позволяет создавать в скважине несколько радиально расходящихся от ствола трещин. Основной результат - рост эффективного радиуса скважины, вовлечение в разработку всей толщи пласта, приобщение максимального числа продуктивных прослоев и удаленных участков. Механизм импульсного гидроразрыва заключается в распространении волн по трещинам пласта, соударение кусков разрушенного массива. При импульсном гидроразрыве мал расход жидкости. Изменяющееся давление гидроразрыва способствует равномерному «рыхлению» прискважинной зоны пласта.

Если скважина имеет одно устье, то в момент открывания вентиля долива жидкость из источника жидкости под давлением начинает перетекать в скважину. На устье образуется область высокого давления, которая перемещается к призабойной зоне и приводит в движение скважинную жидкость. Под воздействием давления, прикладываемого на устье, скорость движения массы скважинной жидкости увеличивается. После формирования волны движения массы жидкости вентиль долива жидкости закрывают. Волна движения массы жидкости достигает зумпфа, отражается от него с повышением давления за счет эффекта гидроудара в зумпфе и частичной потерей мощности.

Через расчетный промежуток времени после формирования первой волны движения массы жидкости повторно открывают вентиль долива жидкости, жидкость из источника жидкости под давлением начинает перетекать в скважину, формируется вторая волна движения массы жидкости. Задержку по времени между формированием первой и второй волн движения массы жидкости выбирают из условия обеспечения одновременного прихода отраженной от зумпфа первой и второй волн движения массы жидкости к заданному участку горизонтальной скважины.

Скважинная жидкость может содержать химические реагенты для более производительной обработки. Способ может быть применен совместно с другими видами обработки призабойной зоны: кислотной, тепловой, виброимпульсной, акустической и т.д.