способ добычи воды

Формула изобретения

Способ добычи воды из буровых скважин, включающий бурение системы добывающих и нагнетательных скважин, вскрытие добывающих скважин перфорацией, воздействие на пласт акустическими колебаниями давления, возбуждаемыми акустическими скважинными устройствами, погруженными в скважины, и непрерывный подъем воды из добывающих скважин, при котором трубы нагнетательных скважин не вскрывают перфорацией и заполняют их рабочей жидкостью, при этом воздействие акустическими колебаниями давления осуществляют сначала в добывающих скважинах, создавая при этом давление, превышающее давление разрыва пласта не менее чем в 2 раза, добывающие скважины заполняют предварительно жидкостью разрыва и располагают акустические скважинные устройства в зоне перфорации, а после раскрытия трещин в пласте начинают подъем воды из добывающих скважин, в процессе которого воздействие на пласт акустическими колебаниями давления осуществляют через нагнетательные скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к добывающей промышленности и может быть использовано для интенсификации притоков подземных вод из обводненных зон, насыщенных водой пористых глубинных подземных пластов и ее добычи из буровых скважин.

В добывающей промышленности для интенсификации притока жидких полезных ископаемых широко используется метод гидроразрыва для создания трещин в прискважинной зоне пласта (патент RU N2183739, МПК Е 21 В 43/26, публ. 2002.06.20), который заключается в использовании порохового генератора давления ПГД, помещенного в область перфорации обсадной трубы, заполненной жидкостью разрыва. После подрыва порохового заряда гидродинамический импульс высокого давления образует в пласте систему трещин, которые расклиниваются расклинивающим агентом в виде калиброванного пропланта, и трещины не имеют возможности смыкаться, этим и достигается повышение продуктивности пласта.

Такая технология требует больших затрат энергии, значительного расхода пороховых зарядов и химических веществ.

Известен способ (патент RU №2203412, Е 21 В 43/26, опубл. 2003.04.27) создания гидроударов при помощи плунжера насоса, осуществляющего нагнетание давления в насосно-компрессорной трубе (НКТ) и его сброс при выходе плунжера в крайнее верхнее положение. Импульсы давления распространяются в закрытой, полностью заполненной жидкостью скважине, а продуктивный нижележащий интервал изолируют цементирующим мостом. Импульсы давления, большего, чем давление разрыва горной породы, приводит к образованию и распространению трещин, которые расклиниваются обломочным материалом.

Недостатком этого способа являются высокие энергетические затраты, возникновение больших ударных нагрузок, необходимость специальных нагнетательных материалов для расклинивания трещин. Кроме того, подобные способы не могут быть использованы для добычи воды из буровых скважин в засушливых или пустынных районах земного шара.

Известен выбранный в качестве прототипа способ обработки призабойной зоны пласта, а также водозаборных скважин (патент RU 2191896, Е21В 43/25, опубл. 2002.10.27). Способ включает виброволновое воздействие на призабойную зону пласта с использованием гидродинамического генератора колебаний, снижение давления на забое скважины ниже пластового с одновременным виброволновым воздействием и повышение давления в отсутствии воздействия, смену давления производят циклически, а в циклах повышения давления производят гидродинамическое тестирование призабойной зоны скважины, а в циклах понижения давления производят корректировку режима обработки и судят о целесообразности прекращения циклов обработки.

Недостатки этого способа аналогичны недостаткам вышеуказанных аналогов и заключаются в высоких энергетических и прочих затратах.

Задачей предлагаемого способа является устранение перечисленных недостатков, обеспечение сбора и добычи воды в засушливых районах, повышение экономичности и эффективности способа.

Поставленная задача с достижением указанного технического результата достигается за счет того, что в способе добычи воды, включающем бурение системы добывающих и нагнетательных скважин, вскрытие добывающих скважин перфорацией, виброволновое воздействие на пласт акустическими колебаниями давления, возбуждаемыми акустическими скважинными устройствами, погруженными в скважины, и непрерывный подъем воды из добывающих скважин, при этом трубы нагнетательных скважин не вскрывают перфорацией и заполняют их рабочей жидкостью, а воздействие акустическими колебаниями давления осуществляют сначала в добывающих скважинах, создавая при этом давление, превышающее давление разрыва пласта не менее чем в 2 раза, заполняя ее предварительно жидкостью разрыва, а акустическое скважинное устройство располагают в зоне перфорации, причем после раскрытия трещин начинают подъем воды из добывающих скважин, в процессе которого воздействие на пласт акустическими колебаниями давления осуществляют через нагнетательные скважины.

Для увеличения объемов и скоростей движения воды в пористых насыщенных массивах используется возможность получения дилатансии (изменение объема за счет пластической, необратимой деформации геоматериала, порождение микроскважин и микротрещин) скелета матрицы породы пласта. Скважинное акустическое устройство (патент RU №2191258) работает в зоне пластической деформации, создавая давление, превышающее в 2 и более раз давление гидроразрыва, которое определяется геологической структурой и, например, для месторождений Западной Сибири составляет 26-28 МПа. Существенным признаком для достижения поставленной задачи является необходимость создания условий проведения гидроразрыва пласта в каждой вводимой в эксплуатацию добывающей скважине, т.к. при этом создаются условия поддержания в водосодержащем пласте условий дилатансии скелета матрицы породы и сохранения трещин в раскрытом состоянии. Акустическое воздействие на частоте свыше 2 кГц приводит к высокой скорости деформации, что в свою очередь повышает величину динамического воздействия на породу и значительно выше статической прочности, что создает определенные возможности достижения пластичности в материале скелета матрицы породы.

Указанные значения увеличения действующих давлений связаны с созданием и поддержанием значительной дилатансии скелета матрицы породы и изменением объема породы как в сторону уменьшения, так и увеличения (разрыхления), что является результатом изменения упругости скелета породы до значений пластической деформации.

Чем выше давление, создаваемое акустическим излучением, тем больше трещин образуется при гидроразрыве пласта. Наличие и количество вертикальных и горизонтальных трещин, в первую очередь, зависит от глубины залегания водонасыщенного пласта, а также от наличия и величины вертикальных и горизонтальных литостатических давлений месторождения. Это означает, что все критические состояния пористой матрицы определяются эффективными напряжениями. Пористость зависит от объемных деформаций и от перового давления. Когда объем пор достигает критического уровня, происходит важное изменение: уплотнение геоматериала сменяется на его разрыхление, что может быть объяснено только процессом дилатансии - изменение объема скелета матрицы породы, что приводит к образованию фильтрационных потоков насыщающей жидкости.

Способ осуществляют следующим образом.

Добывающие скважины перфорируют, заполняют жидкостью разрыва, например водой, опускают в них акустические скважинные устройства, например, описанные в патентах RU №2140519, RU №2191258, и производят гидроразрыв пласта, создавая акустическое давление - 56 МПа, превышающее давление разрыва породы в 2 или более раз. Об осуществлении процесса гидроразрыва судят по спаду уровня воды в добывающей скважине, затем акустические скважинные устройства извлекают из добывающих скважин и опускают в нагнетательные, заполненные рабочей жидкостью, осуществляя акустическое воздействие на пласт созданием избыточного давления, а из добывающих скважин с помощью насосов начинают поднимать воду. В качестве рабочей жидкости и жидкости разрыва используют любую имеющуюся техническую воду.

Таким образом, предложенный способ добычи воды представляет собой новую технологию сбора и добычи воды на поверхность в условиях полного отсутствия промышленной воды на огромных пространствах и территориях. Экономичность и эффективность предложенного способа очевидна.