Способ осуществления импульсного гидроразрыва
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. Обеспечивает повышение эффективности способа за счет возможности получения импульсов высокого давления в зумпфе скважины приведением массы столба скважиной жидкости в состояние движения с ускорением и ее торможения. Сущность изобретения: способ включает 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 открывании полости скважины на устье для вытекания скважинной жидкости, находящейся под давлением, и повышения давления с применением вентилей. Предварительно оценивают время перемещения волны движения массы жидкости от устья до призабойной зоны и длительность расширения и смыкания трещин пласта. Устанавливают в полости скважины исходное давление, при котором трещины пласта сомкнуты. Затем вентиль долива жидкости открывают на время, в течение которого волна движения массы жидкости достигает призабойную зону и воздействует на трещины пласта. Затем закрывают вентиль долива жидкости и открывают вентиль слива жидкости для снижения давления в скважине до величины исходного.
Предлагаемое 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 очистки скважины от отложений в процессе ее эксплуатации (Велиев Ф.Г., Курбанов Р.А-И., Алиев Э.Н. Патент №1700207, кл. Е21В 37/00), в котором периодически создают на устье скважины волны отрицательного давления, для чего перекрывают задвижки на выкидной линии и выдерживают ее в перекрытом состоянии, затем открывают.
Однако максимальное изменение давления от гидравлического удара при открытии выкидной линии составляет 1,5 МПа в течение долей секунды, что недостаточно для формирования мощной волны, кроме того, необходимо использование насоса с обеспечением его питания.
Известен способ освоения и очистки призабойной зоны скважин импульсным дренированием (Носов П.И., Сеночкин П.Д., Нурисламов Н.Б. и др. Патент №2159326, кл. Е21В 43/25), в котором формирование депрессионного перепада давления между призабойной зоной пласта и полостью скважины производится путем предварительной закачки флюида в скважину, создании периодических импульсов давления в призабойной зоне пласта в виде затухающей стоячей волны, перемещающейся по полости скважины, и стравливании давления при перемещении флюида по скважине из призабойной зоны пласта к дневной поверхности при резком открытии полости скважины.
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 заканчивания скважины и устройство для его осуществления (Волдаев Н.А. Патент №2271441, кл. Е21В 43/117), включающий спуск селективного кумулятивного перфоратора, содержащего секции с отдельным кумулятивным зарядом в каждой секции, создание подруба в горной породе с образованием 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 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), взятый за прототип, 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 которой трудно осуществима.
Задачей изобретения является получение импульсов высокого давления в зумпфе за счет приведения массы столба скважиной жидкости в состояние движения с ускорением и ее торможения.
Задача решается тем, что, применяя способ осуществления импульсного гидроразрыва, 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 открывании полости скважины на устье для вытекания скважинной жидкости, находящейся под давлением, и повышения давления с применением вентилей, один из которых - вентиль слива жидкости - соединяет полость скважины со сливной емкостью, второй - вентиль долива жидкости - с источником жидкости, находящейся под давлением, открывание и закрывание полости скважины на устье для вытекания скважинной жидкости, находящейся под давлением, осуществляют вентилем слива жидкости, повышают давление в скважине соединением устья скважины с источником жидкости, находящейся под давлением, путем открытия вентиля долива жидкости, предварительно оценивают время перемещения волны движения массы жидкости от устья до призабойной зоны и длительность расширения и смыкания трещин пласта, устанавливают в полости скважины исходное давление, при котором трещины пласта сомкнуты, затем вентиль долива жидкости открывают на время, в течение которого волна движения массы жидкости достигает призабойную зону и воздействует на трещины пласта, затем закрывают вентиль долива жидкости и открывают вентиль слива жидкости для снижения давления в скважине до величины исходного.
Такой способ позволяет осуществлять гидроразрыв пласта без применения насосных агрегатов высокого давления.
Способ реализуют следующим образом. На устье 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.
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. При достижении зумпфа скважины волна движения жидкости упирается в препятствие и резко замедляется, что сопровождается повышением давления.
Эффективный перепад давления на забое с некоторыми допущениями рассчитывается по формуле, выведенной из уравнения движения, где учитываются приложение внешних сил, ускорение движения жидкости и ее упругость. При условии приложения давления, изменяющегося по синусоидальному закону, сплошности потока, непрерывности столба жидкости, его соприкосновения с зумпфом и установлении колебательного процесса перепад давления в области призабойной зоны равен
где f - частота колебаний прикладываемого давления; Δруст - перепад давления на устье скважины; ρ - плотность жидкости; Н - глубина скважины; Е - приведенный модуль объемной упругости акустической системы «скважинная жидкость-труба-порода».
Например, при условии f=1 Гц, ρ=1 кг/дм3, Н=2000 м, Е=2·109 Па, перепад давления, получаемый в зумпфе и призабойной зоне разогнанной жидкостью, в 30 раз превышает перепад давления, создаваемый на устье. В глубокой скважине эффект выше, поскольку жидкость проходит большую дистанцию разгона.
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 вентиль долива и открывают вентиль слива жидкости, что сопровождается снижением давления в скважине. При достижении исходного давления трещины пласта смыкаются, вентиль слива закрывают. Операцию повышения давления в призабойной зоне повторяют необходимое количество раз.
Инерция массы жидкости создает повышенное давление вблизи призабойной зоны и в малой степени влияет на верхнюю и среднюю части колонны. 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 способствует 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, соударении кусков разрушенного массива. При импульсном гидроразрыве мал расход жидкости. Изменяющееся давление гидроразрыва способствует равномерному «рыхлению» прискважинной зоны пласта.
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.
Способ осуществления импульсного гидроразрыва, включающий закачивание в полость скважины жидкости, формирование перепадов давления между призабойной зоной и полостью путем периодических импульсов давления в призабойной зоне в виде перемещающейся по полости скважины волны движения массы жидкости, образующейся при периодическом открывании полости скважины на устье для вытекания скважинной жидкости, находящейся под давлением, и повышения давления с применением вентилей, один из которых - вентиль слива жидкости соединяет полость скважины со сливной емкостью, второй - долива жидкости - с источником жидкости, находящейся под давлением, открывание и закрыванием полости скважины на устье для вытекания скважинной жидкости, находящейся под давлением, осуществляют вентилем слива жидкости, повышают давление в скважине соединением устья скважины с источником жидкости, находящейся под давлением, путем открытия вентиля долива жидкости, отличающийся тем, что предварительно оценивают время перемещения волны движения массы жидкости от устья до призабойной зоны и длительность расширения и смыкания трещин пласта, устанавливают в полости скважины исходное давление, при котором трещины пласта сомкнуты, затем вентиль долива жидкости открывают на время, в течение которого волна движения массы жидкости достигает призабойную зону и воздействует на трещины пласта, затем закрывают вентиль долива жидкости и открывают вентиль слива жидкости для снижения давления в скважине до величины исходного.
