Способ гидроразрыва горных пород
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 прнзабойной 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
(gg) 4 Е 21 В 43/26
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
И A BT0PCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ определяют плотность, проницаемость и пьезопроводность пород, слагающих призабойную зону. Затем в призабойной 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 щ определяют ие вюрввеиия 0 fit!I, l
« l0 ° К Н (р -490)) 1 f0,0054 1пк +
0,051); где о, К, 14 — соответст- яе венно плотность, проницаемость и пье-. зопроводность пласта, кг/м, м м /с; =
° Н вЂ” глубина интервала разрыва пласта, м, 1 ил., l= + а
1р ,1 j мф л я ° ; СОЮЗ СОВЕТСИИХ ф.". / !-:-:: Ооииялистииесиих
1=-, . -4 =-,:=.,=.- РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4161602/22-03 (22) 15.12.86 (46) 07.11,88. Бюл. У 41 (71) Ленинградский горный институт им.Г. В, Плеханова (?2) Ю,Д.Дядькин, Э.М.Пронин, С.Г.Гендлер и В.В.Севастьянов (53) 662.245.54(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
119 911018, кл. Е 21 В 43/26, 1980.
Авторское свидетельство СССР
У 874997, кл. Е 21 В 43/26, 1977. (54) СПОСОБ ГИДРОРАЗРЫВА ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к горному делу и предназначно для добычи полезных ископаемых формированием в скважинах трещин или разрывов, Цель— повышение эффективности способа при одновременном снижении энергозатрат на прогрев призабойной зоны. Для это. го в период бурения по опытным прокачкам и получаемым образцам керна
„„SU„„1435767 А 1
j !< 3 г 7 1 - 7
Изобретение Относится::: горному целу, в частности к способа.. добычи по- лезных ископаемых формирснзанием в сквах<инах трещин или разрывов„
Целью изобретения является повьете". ние эффективности способа при Одн;;временном снижении энергозатрат на прогрев призабойной зоны, Ца чертеже показана с<сема реали=-а-,10 ции предлагаемого способа, Схема включает в себя буровую аква= жину 1 с призабойной зоной 2., зскры= вающую горные породы 3, <Олонну насосно-компрессорных труб 4 с пакером 1, сообщенную с дожимным устройс.твом b, нагреватель 7 и предполагаемая тре-щина 8, Способ реализуют следующим образом .
С поверхности земли до глубины предполагаемого образования трещины с y" ществляют бурение сква. ::.ины
В период бурейия по опьиным про;<ач" кам и получаемым образина;. керна опре- 7; дЕЛяЮТ ПЛОтНОСтъ, ПрО-.-ИИ::аЕМОСтъ И ПьЕ" зопроводность пороц, i, ëû: — ающих аризабойную зону. После прохс.,:;,:и:, <âêó<èH!,i в ее призабойной зоне через ко.-l";нну насос но — компресс орных т р уб "-. ус танав- 10 ливают нагреватель 7 и затем уст;-:.;-авливают пакер 5,который изолирует призабОйную зОну 2 От оста,1 ь ной час гь. скважины 1.
Далее в призабойной зоне ". cK;:-z«-, * % < ны создают даьление ггоевышающее критическое давление перехо; †. жидкой фазы в газообразную (Рк =-2 i T1ç). В случае, если глубина ск<зажины нецостаточна для того, ч".î,áû гидрос a,.è÷åñ-, 4 кое давление столба заполняющей с--.= жидкости превысило критическое давление перехода жидкой фазы в. газообразную, то требуемое давление создают г помощью дожимного устройства 6, И,-."гревателем 7 осушествляют н:=-.грев я<идкости в призабойной =-o>u= 2 до крнгической температурь перехода жидкой фа зы в газообразную (T 370 С), Поддерживание в прйзабойном ггрост,-.
l 0 ранстве давления, превссходящегс критическое давление перехода жидкс;й фазы в парообразную, Обеслечивает воэможность нагрева жидкое.ти практически до критической темпера гуры парообразо.„ вания воды (370 c). Это позволяет дос. тичь максимально возмо:::сный коэффициенг объемного термического расширен ния воды <с,< при температуре 350- 370 С, рав.-1ый <36,8-26 i 10 " 1/" С (при температуре !50-35i) Г <се=- 10,3-18,1 10 0
1 / С) q и приводит к уcKopp í÷ÎÌ» рос ту давления жидкости в подпакерном пространстве вплоть до образования в породах первичной трещинь< 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, обеспечивает рост давления жидкости в призабойном пространстве вплоть до достижения давления гидравлического разрыва пород на данной глубине Р„ .
Р „„„= 2 P„gH- P gH -P„„+ „Ãá j1, (1) где Р„„ = пластовое давление, МПа; коэффициент структурного ослабления„
)C-J,- предел прочности пород на разрыв, 1Па„ г
g = 9,81 м/с — ускорение свободного падения;
Н вЂ” глубина, м, Причем печиод роста давления до величины Р„ должен не превосходить время повышения температуры жидкости в призабойном пространстве до критической температуры гревращения жидкой фазы в парообразную (T> = 370 С), При интенсивности подвода тепла Я время повышения температуры от начальной Т, до критической Т,г =370 С составляет пp C g (370 — То1 (2) где С,, Ij -- теплоемкость и плотность жидкости гидроразрыва, Дж/кг С, 8 кг/м ;
7, -- объем приэабойного проз странства, м
1ll (3) гце <1с - диаметр необсаженного участка скважины в призабойном пространстве, м,*
1, - длина призабойного пространства, м.
Повышение темпера уры жидкости в призабойном пространстве происходит
i43576i проницаемость пород м динамическая вязкость, Па с; пьеэопроводность пород, м /с. пропорционально общему количеству где k
p.»
Yi подведенного тепла. л о . дТ
V„, С„,,„. (4) 184 6 72 10 С g+ k l п.>(Vi (3p+gH$2fn Ew)J
1,. х (9)
lп (К1п С р )-5,4 о )11
0,0053 ln (100)+0,051
Рост температуры жидкости сопровождается увеличением относительного объема Un.s Величину фильтрационных утечек С из призабойного пространства в породы можно определить взяв производную dhVn> О (6) С,.„ Повышение давления в призабойном пространстве при дебите фильтрационных утечек С определяется по формуле ñ g Яж К, С, Р 4п k 1п й, Подставляя в формулы (9) средние значения теплофизических параметров жидкости в призабойном пространстве в в интервале температур 30-370 С (С, = =9,1 10 .Лж/(кгпв С);,„ = 745 кг/м й..) =0,0025 1/ С; !и =0,22 10 Па с), принимая длину призабойного пространства 1п = 0,5 м и пренебрегая значео кием Т, по сравнению с Т„= 370 С и величиной ц>„fgj р по сравнейию, с gH (2 p„-4g p+), можно получить окончательное выражение для определения интенсивности подвода тепла 1+8 10 k Н (Pn-490) e= —-- (10) 0,0053 1п К + 0,051 Пример. Определение потребной мощности нагревателя для образования на глубине Н=20 00 м трещины гидроразрыва в уеловиях геотермального месторождения, Плотность пород на этой глу-50 бине, определенная по данным испыта3 ния кернов, составляет $n =2650 кг/м их пьезопроводность к. =1О м /с, а 2 проницаемость, установленная в результате пробных откачек, изменяется в пределах 10, 10, 10 м Мощность нагревателя (интерсивность подвода теплоты) для образования первичной трешины гидроразрыва в Подставив в уравнение (7) соотношения (2) и (3) можно получить соотношение Кg Я, п пп 4 и ° k 1п, С к Р 9 и К С P (370-То) х ln--- (8) 4 Q Сравнивая равенства (! ) и (8) и учитывая, что в интервале изменения Q (10 — 10 ) Вт выражение QlnQ с достаточной точностью аппроксимируется линейной зависимостью вида 13,3Q 187 1 0, после соответствующих преобразований формула для определения интенсивности подвода тепла к подпакерному объему жидкости имеет вид соответствии с формулой (10) состав2 ляет при проницаемости К 10 м 1+8 1 ° 10э 10 2000(2650-4902 0 йй 477 кВт - l6 Для проницаемостей пород К = 10 и 10 м величина Q соответственно составляет 60 и 18 кВт. Формула и з о б р е т ения Способ гидроразрыва горных пород, включающий повышение давления в призабойной зоне путем нагнетания в скважину жидкости и ее нагрева, о т л ич а ю шийся 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 га1+8,1 ° 10 k Н р-490) 0,0053 1пК + 0,051 Составитель Т.умариев Редактор Г.Волкова Техред M Копания Корректор M,Максимишинец Заказ 5623/31 Тираж 531 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Геушская наб, д. 4/5 Производственно-полиграфическое зообразную, а интенсивность подвода тепла Я определяют из выражения 1435И7 6 где ), k, Х вЂ” соответственно плотность, проницаемость и пьезопроводность пластя9 кг/м > м р м /с г гз H — глубина интервала разрыва пласта, м, предприятие„ г, Ужгород, ул. Проектная, 4
