Устройство для гидроразрыва пласта

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей пром-сти. Цель - повышение эффективности работы устр-ва за счет возможности снижения фильтрационных утечек жидкости разрыва. Устр-во содержит связанный с колонной насосно-компрессорныхтруб(НКТ) 1 полый цилиндрический баллон (Б)2, на наружной поверхности которого выполнен ослабленный участок в виде осевой канавки (К) 3. При этом Б 2 выполнен из сплава, который обладает упруго-деформирующими свойствами. На колонне НКТ 1 в скважину 4 опускают Б 2. Подают жидкость разрывав Б 2. На начальном этапе давление растет до значения деформации Б 2. Деформация сопровождается стабилизацией давления. С облеганием стенками' Б 2 стенок скважины давление вновь начинает возрастать и на горную породу действует напряжение. Возникающая пластическая деформация сопровождается дроблением зерен с образованием трещин. Деформация горных пород 'осуществляется до их предельного состояния. Процесс пластической деформации сопровождается стабилизацией давления. Далее давление увеличивается до величины разрушения К 3. Разрушение К 3 сопровождается образованием трещины гидроразрыва. Устр-во позволяет созда вать трещи н ы в л юбом участке скважины изменением положения К 3 по азимуту. 6 ил.С/)сИзобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для гидроразрыва пласта.Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства за счет возможности снижения фильтрационных утечек жидкости разрыва.На фиг. 1 показана установка цилиндрического тела, имеющего форму баллона в избранном интервале скважины; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема процесса гидроразрыва: на фиг.4 - сечениеБ-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - график изменения давления в процессе гидроразрыва; на фиг. 6 - пример реализации способа'.• Устройство включает связанный с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) 1 полый цилиндрический бал'лон 2. на наружной поверхности которого выполнен ослабленный участок в виде осевой канавки 3. Баллон 2 выполнен из сплава, который обладает упруго-деформирующими свойствами. Придание таких свойств может быть достигнуто выполнением баллона из сплава'•vlо ч: сXа>&

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 В 43/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф

С

С (Х

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.(21) 4771025/03 (22) 16,10.89 (46) 30.01.92. Бюл. ¹ 4 (71) Ленинградский горный институт им, Г. В,Плеханова (72) А.А.Коробков, Н.И.Слюсарев и О.В.Меджитов (53) 622.245,5(088.8) (56) Патент США № 3825071, кл. 166-298, 1974.

Патент США № 3637020, кл, Е 21 В 43/26;166-298, 1972. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОРАЗРЫВА

ПЛАСТА (57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей пром-сти. Цель — повышение эффективности работы устр-ва за счет возможности снижения фильтрационных утечек жидкости разрыва. Устр-во содержит связанный с колонной насосно-компрессорных труб(НКТ) 1 полый цилиндрический баллон (Б) 2, на наружной поверхности которого выполнен ослабленный участок в виде осеИзобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для гидроразрыва пласта.

Цель изобретения — повышение эффективности работы устройства за счет возможности снижения фильтрационных утечек жидкости разрыва.

На фиг. 1 показана установка цилиндрического тела, имеющего форму баллона в избранном интервале скважины: на фиг. 2— сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — схема процесса гидроразрыва; на фиг.4-сечение!

Ж,, 1709078 А1 вой канавки (К) 3. При этом Б 2 выполнен из сплава, который обладает упруго-деформирующими свойствами. На колонне НКТ 1 в скважину 4 опускают Б 2. Подают жидкость разрыва в Б 2. На начальном этапе давление растет до значения деформации Б 2. Деформация сопровождается стабилизацией давления. С облеганием стенками Б 2 стенок скважины давление вновь начинает возрастать и на горную породу действует напряжение. Возникающая пластическая деформация сопровождается дроблением зерен с образованием трещин, Деформация горных пород осуществляется до их предельного состояния. Процесс пластической деформации сопровождается стабилизацией давления. Далее давление увеличивается до величины разрушения К 3.

Разрушение К 3 сопровождается образованием трещины гид1>оразрыва. Устр-во позволяет создавать трещины в любом участке скважины изменением положения К 3 по азимуту. 6 ил.

Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 — график изменения давления в процессе гидроразрыва; на фиг.

6 — пример реализации способа, Устройство включает связанный с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ)

1 полый цилиндрический баллон 2. на наружной поверхности которого выполнен ослабленный участок в виде осевой канавки 3:

Баллон 2 выполнен из сплава, который обладает упруго-деформирующими свойствами. Придание таких свойств может быть достигнуто выполнением баллона из сплава

1709078

25

50

55 нитинол и термопластической обработкой.

Баллон имеет диаметр попе речного сечения меньше диаметра скважины не менее 2/3 величины радиальной упругой деформации и родол ьн ых стенок.

Устройство работает следующим образом, Баллон 2 на колонне НКТ 1 спускают в скважину 4 (фиг. 1). Для обеспечения зарождения трещины гидроразрыва в заданном направлении паз 3 ориентируют по соответ ствующему азимуту (фиг. 2). По НКТ 1 с помощью насосной установки (на чертеже не показана) в балчон 2 нагнетают жидкость разрыва 5. . В начальном этапе при закачке жидкости гидроразрыва давление плавно растет до значения деформации цилиндрического тела — кривая ОА. Нагнетанием жидкости гидроразрыва обеспечивают цилиндрическому телу деформацию е радиальном направлении и плотное облегание наружной поверхностью стенок скважины 4. Этот процесс характеризуется стабилизацией давления — кривая АВ. Дальнейшим нагнетанием жидкости гидроразрыва осуществляют передачу напряжения горным породам в локальной зоне стенками цилиндрического тела, при этом прочность баллона по ослабленной продольным пазом части позволяет развивать давление и радиальную деформацию боковых стенок до предельного состояния горных пород, Этот процесс характеризуется резким повышением давления — кривая ВС. При этом исключаются фильтрационные участки жидкости гидроразрыва, благодаря чему уменьшаются энергозатраты и время развития давления разрушения горных пород. Боковые стенки цилиндрического тела, передавая напряжение горным породам через стенки скважины, создают "всестороннее" сжатие, которое способствует возникновению пластической деформации. В горных породах пластическая деформация сопровождается дроблением зерен с образованием трещин, Таким образом цилиндрическое тело под действием радиальной деформации создает предельное напряжение горных пород в локальной кольцевой зоне аналогично действию гидроклина, Процесс г1ластической деформации характеризуется стабилизацией давления на сравнительно коротком промежутке времени — кривая С0.

Третий этап гидроразрыва создают увеличением давления жидкости гидроразрыва до критического, превышающего прочность цилиндрического тела по ослабленному продольным пазом участку, по которому в сотые или тысячные доли секунды происходит разрыв баллона с мгновенным ударом струи в ограниченной зоне контакта с горными породами, Этот процесс характеризуется пиковым скачком давления — кривая

ОЕ. Разрыв баллона по продольному пазу обеспечивает мгновенную скорость нагружения и время приложения концентрированно направленной гидродинамической энергии (импульс), благодаря чему создается удельное давление на порядок (и даже несколько порядков), превышающее давление разрушения, к тому же предварительно напряженных горных пород в деформируемом объеме нагруженной поверхностью цилиндрического тела. при этом процесс гидроразрыва усиливается гидромониторным эффектом, что в совокупности создает мгновенное зарождение трещины гидроразрыва, характеризующегося резким спадом давления — кривая EF.

Дальнейшей закачкой жидкости обеспечивают напряжение деформации на стенках скважины, удерживающее трещину в раскрытом состоянии и давление на уровне развития трещины (кривая FG), Создается лавинный процесс разрушения массива под действием аккумулированной энергии, поскольку вся работа жидкости, проникающей в развивающуюся трещину затрачивается на разрушение среды. Эффективный фактор разрушения горных пород позволяет получать трещины гидроразрыва большой протяженности, ограничивающихся, по существу, только временем приложения нагрузки.

При завершении гидроразрыва закачку жидкости прекращают (давление в системе падает), и цилиндрическое тело под действием упругой деформации приобретает первоначальное состояние — свободно извлекается на поверхность, Устройство позволит получать гидроразрыв в определенном направлении, поскольку трещина может зарождаться только через разрыв продольного паза ослабления вцилиндрическом теле,,который при спуске в скважину ориентируется по заданному азимуту, и задавать размеры вертикальной трещины регулированием длины продольного паза ослабления при соответствующих размерах цилиндрического тела.

Выбор диаметра баллона меньше диаметра скважины не менее 2/3 величины радиально упругой деформации продольных стенок определяется необходимостью обеспечения свободного прохода в скважине, степенью деформаций до предельных значений горных пород, которая практически для всех типов не превышает 0,2, скоро- . стью, а также направлением деформации

1709018

35

45

50 непосредственно самого цилиндрического тела.

Серией экспериментов на блоках-моделях установлено, что при ограничении диаметра баллона по отношению к диаметру скважины ниже значения 2/3 полной радиальной деформации продольных стенок эффект гидроразрыва резко снижается, но в то же время практически не изменяется при больших значениях, в частности, 3/4 или

5/6 этой величины.

При гидроразрывах, проведенных с применением диаметров баллонов меньше диаметра скважин 2/3 величины упругой радиальной деформации (в частности и ри значениях 1/2), паз ослабления, являющийся концентратором напряжений, не разрывается по всей его длине.

Устройство опробировалось экспериментально на блоках-моделях из мрамора и плексигласа размером 350х350х350 мм, а также гранита — 900х900х900 мм.

Продольным стенкам цилиндрического тела в виде баллона длиной 150 мм и диаметром 12 мм предварительно придавались упруго деформационные свойства с радиальной деформацией в пределах 1,5-1,8 мм, Ослабленный участок формировался по наружной поверхности пазом длиной 100 мм, который ориентировался в заданном направлении зарождения трещины гидроразрыва при установке баллона в шпур диаметром 13 мм, пробуренный в центральной части верхней поверхности блока-модели на глубину 250 мм. (Диаметр баллона задавался меньше диаметра скважины на

2/3 величины радиальной упругой деформации). Баллон герметично соединялся трубопроводом высокого давления с системой закачки жидкости гидроразры ва. Необходимое давление рабочего агента создавалось специальным гидроцилиндром через мультипликатор с повышением от 16 до 100 МПа.

Процесс зарождения и развития трещин фиксировался пьезоэлектрическим датчиком акустической эмиссии (кривая 6 на фиг.

6, фиг. 7, фиг. 8), а давление — датчиком, собранным по схеме тензомоста (кривая 7 на фиг. 6, фиг, 7, фиг. 8), Сигналы датчиков синхронно регистрировались планшетными двухкоордина ными потенциометрами типа ПДП-4-002, в которых координата времени задавалась генератором линейного напряжения. Полученные диаграммы четко фиксируют характерную связь давления флюида с этапами гидроразрыва. На фиг. 6 отражена фактическая диаграмма процесса заявленного способа гидроразрыва. выполненного на модели иэ мрамора, В начальном этапе нагнетания флюида давление плавно растет до значения 5,7 МПа (кривая

7 участок ОА), при котором обеспечивается деформация баллона в радиальном направлении. Стабилизация давления на участке

АВ характеризует период деформации баллона в радиальном направлении и облегание наружной поверхности стенок шпура, о чем свидетельствуют незначительные всплески сигналов датчика акустической эмиссии (кривая 6). Дальнейшее нагнетание жидкости гидроразрыва обеспечивает деформацию боковых стенок баллона передающим напряжение стенкам шпура до предельного состояния, что характеризуется резким повышением давления от 5,7 до

17,4 МПа (участок ВС, кривая 7) и последующий переход к процессу пластической деформации, для которого характерна стабилизация давления на ограниченном промежутке времени участок CD. Процесс пластической деформации прослеживается резким скачком сигнала датчика акустической эмиссии в тот же момент времени, Дальнейшее нагнетание флюида приводит к резкому скачку давления до 23 МПа (участок

DE), обеспечивающего разрыв баллона ro ослабленному пазом участку, что способствует мгновенной скорости нагружения и времени приложения концентрированно направленной гидродинамической энергии, благодаря чему происходит мгновенное зарождение трещины и разрыв (доли секунды) образца (всплеск сигнала на кривой 6) и последующее быстрое падение давления (кривая EF), Формула изобретения

Устройство для гидроразрыва пласта, включающее связанный с колонной труб полый цилиндрический баллон с ослабленным участком, отл ича юще ес ятем, что,с целью повышения эффективности работы устройства за счет возможности снижения фильтрационных утечек жидкости разрыва, цилиндрический баллон выполнен из сплава с упруго-деформирующими свойствами, а ослабленный участок выполнен в виде осевой канавки на наружной боковой поверхности баллона, 1709078

Р/

1709078

Составитель Т.Умариев

Редактор Е.Зубиетова Гехред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Заказ 415 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Il оизводственно-издательский комбинат "Патен г", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101 и