Способ гидроразрыва пласта



Способ гидроразрыва пласта

 


Владельцы патента RU 2464417:

Шлюмберже Текнолоджи Б.В. (NL)

Изобретение относится к области гидравлического разрыва в подземных пластах и может найти применение, в частности, на нефтяных и газовых месторождениях. Обеспечивает возможность контроля за режимом течения гидроразрывной жидкости в скважине и в трещине при осуществлении гидроразрыва пласта в реальном времени с последующей корректировкой параметров закачки в зависимости от конкретных целей работы по гидроразрыву пласта, где конечным результатом является увеличение притока углеводородов к скважине. Сущность изобретения: по способу осуществляют закачку гидроразрывной жидкости в скважину посредством насоса. В процессе закачки постепенно увеличивают расход гидроразрывной жидкости. Одновременно осуществляют непрерывное измерение потребляемой мощности насоса. По скачкообразному изменению потребляемой мощности насоса определяют момент перехода к турбулентному течению жидкости в скважине и осуществляют управление режимом течения посредством регулирования расхода гидроразрывной жидкости. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области гидравлического разрыва в подземных пластах и может найти применение, в частности, на нефтяных и газовых месторождениях.

Гидравлический разрыв является основным технологическим процессом увеличения проницаемости призабойной зоны продуктивного пласта за счет образования трещин и/или расширения и углубления в нем естественных трещин. Для этого в ствол скважины, пересекающей подземный пласт, закачивается гидроразрывная жидкость под высоким давлением. Пластовое отложение пород или горная порода принуждается к растрескиванию и разрыву. Расклинивающий наполнитель (проппант) закачивается в трещину для предотвращения смыкания трещины после снятия давления на пласт и тем самым для обеспечения улучшенной добычи извлекаемой текучей среды, то есть нефти, газа или воды.

Для проведения работ по гидроразрыву используют жидкости с различными реологическими свойствами в зависимости от целей работы и от свойств пласта. В случае высокопроницаемого пласта в трещину закачиваются высоковязкие жидкости, и характерные скорости таких течений малы. Такие течения, как правило, являются ламинарными, т.е. различные слои течения не смешиваются. Однако во время гидроразрывных работ в малопроницаемых пластах (например, на месторождениях сланцевого газа) применяются маловязкие жидкости при больших расходах закачки. Такие течения могут терять устойчивость, в результате чего течение может становится турбулентным, когда все характеристики течения становятся хаотичными на всех масштабах длины. В случае турбулентного течения в трещине суспензия подвергается постоянному перемешиванию. Это обычно приводит к существенным изменениям в распределении частиц, так как хаотические пульсации приводят к равномерному распределению частиц проппанта поперек трещины. Крупномасштабные вихри удерживают частицы от оседания и поддерживают частицы во взвешенном состоянии, таким образом уменьшая скорость осаждения частиц.

В патенте US №6776235 предложен способ гидроразрыва пласта, в котором скорость осаждения частиц проппанта регулируют посредством регулирования скорости закачки. Однако данный способ не предусматривает постоянного контроля за режимом течения закачиваемой гидроразрывной жидкости и не позволяет обеспечить равномерное заполнение проппантом всей трещины, способствуя образованию относительно плотных проппантных упаковок в хаотически расположенных областях трещины.

Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является обеспечение возможности контроля за режимом течения гидроразрывной жидкости в скважине и в трещине при осуществлении гидроразрыва пласта в реальном времени с последующей корректировкой параметров закачки в зависимости от конкретных целей работы по гидроразрыву пласта, где конечным результатом является увеличение притока углеводородов к скважине.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе гидроразрыва пласта, предусматривающем закачку гидроразрывной жидкости в скважину посредством насоса и регулирование скорости закачки, в процессе закачки постепенно увеличивают расход жидкости вплоть до рабочего и одновременно осуществляют непрерывное измерение потребляемой мощности насоса, по скачкообразному изменению которой судят о турбулизации течения в скважине. При необходимости изменяют скорость закачки.

Постепенное увеличение расхода и одновременное непрерывное измерение потребляемой мощности насоса может быть продолжено, в этом случае по появлению второго скачка потребляемой мощности судят о турбулизации течения в трещине. При необходимости может быть произведено изменение скорости закачки.

В насосе в качестве мотора может быть использован электрический мотор, при этом измерение потребляемой мощности осуществляют посредством измерителя электрической мощности.

В качестве мотора может быть использован двигатель внутреннего сгорания, при этом измерение потребляемой мощности осуществляют посредством измерения потребления топлива в реальном режиме времени.

Изобретение поясняется чертежом (фиг.1), на котором представлена зависимость потребляемой насосом мощности от скорости течения гидроразрывной жидкости.

Известно, что после ламинарно-турбулентного перехода в течении жидкости эффективная вязкость жидкости резко возрастает. Течение гидроразрывной жидкости по скважине может рассматриваться как течение в трубе, а течение в трещине может рассматриваться как течение в плоском канале. В то время как среднее значение скорости превосходит определенное критическое значение для данной геометрии и свойств жидкости (число Рейнольдса течения превосходит критическое значение), режим течения меняется с ламинарного на турбулентный. Турбулентный режим течения характеризуется хаотическими флуктуациями параметров течения. В зависимости от конкретных полевых условий, либо ламинарный, либо турбулентный режим может быть желателен. Так как после ламинарно-турбулентного перехода потери на трение в течении существенно увеличиваются, потребляемая мощность насоса, который используется для закачки гидроразрывной жидкости в скважину, при том же расходе существенно возрастает в турбулентном режиме по сравнению с ламинарным. Следовательно, путем измерения потребляемой мощности насоса при плавно изменяемом расходе можно определить момент, когда потребляемая мощность резко возрастает. Этот скачок потребляемой мощности является ясным признаком ламинарно-турбулентного перехода в скважине либо в трещине, и оператор, в зависимости от конкретных целей работы, может либо продолжить работу при данном расходе в турбулентном режиме, либо уменьшить расход, чтобы предотвратить переход в турбулентный режим.

Для того, чтобы представить конкретные оценки увеличения потребляемой мощности при ламинарно-турбулентном переходе, рассмотрим режим течения в колонне насосно-компрессорной трубы. Предположим, что длина трубы l=3000 м, а радиус r=0.0325 м. Согласно [H.Schlichting, J.Kestin, Boundary-layer Theory, (McGraw-Hill, 1979)], перепад давления Δp на длине трубы связан с осредненной по сечению скоростью течения и следующим соотношением:

где ρ - плотность жидкости, λ - коэффициент гидравлического сопротивления трубы. Для ламинарного и турбулентного режимов течения выражается следующим образом:

где µ - вязкость жидкости, Re - число Рейнольдса. Рассмотрим два режима течения с одинаковыми (критическими) значениями числа Рейнольдса. Из (1)-(3) следует, что в переходной области при одинаковом расходе (и одинаковых числах Рейнольдса) перепады давления для разных режимов соотносятся следующим образом:

Полагая, что ламинарно-турбулентный переход происходит при Re=2500, получаем, что

Таким образом, перепад давления при турбулентном режиме почти в два раза превышает перепад давления в ламинарном режиме. В первом приближении мощность, потребляемая насосом, пропорциональна создаваемому перепаду давления. Это дает возможность ожидать существенного увеличения потребляемой мощности при ламинарно-турбулентном переходе в трубе насосно-компрессорной станции. Как известно из теории гидромеханики, корреляции «скорость - перепад давления» для течения в плоском канале аналогичны. Таким образом, при ламинарно-турбулентном переходе в трещине следует ожидать таких же величин изменения перепада давления.

Если в насосе используется электрический мотор, то потребление мощности может контролироваться измерителем электрической мощности. Если в качестве мотора используется двигатель внутреннего сгорания, то потребляемая мощность может быть охарактеризована измерениями потребления топлива в реальном режиме времени.

Обычно ламинарно-турбулентный переход происходит в трубе насосно-компрессорной станции при более низких скоростях течения, чем в трещине. Таким образом, предлагаемый способ гидроразрыва пласта осуществляется следующим образом. В скважину посредством насоса закачивают гидроразрывную жидкость. Постепенно увеличивают расход жидкости вплоть до рабочего расхода с одновременным измерением потребляемой насосом мощности. При регистрации первого скачкообразного увеличения потребляемой мощности (см. фиг.1, секция 1-2) поток в трубе насосно-компрессорной станции становится турбулентным, в то время как поток в трещине остается ламинарным. В зависимости от решаемой задачи оператор или продолжает работу при данном расходе в турбулентном режиме, или уменьшает расход для предотвращения перехода к турбулентному течению. Как правило, турбулизации течения в скважине стараются избегать, так как это повышает гидродинамическое сопротивление, и, как следствие, увеличивает потребление мощности насосом. Однако иногда может потребоваться размешать проппант поперек и вдоль скважины, для чего может потребоваться переход к турбулентному режиму в скважине.

При необходимости продолжают увеличение расхода гидроразрывной жидкости (фиг.1, секция 2-3). Второй скачок потребляемой мощности свидетельствует о турбулизации течения в трещине (фиг.1, секция 3-4). Оператор вновь принимает решение об уменьшении расхода для предотвращения перехода к турбулентному течению или о продолжении работы в турбулентном режиме. Например, может потребоваться турбулизация течения в трещине для максимально равномерного распределения частиц проппанта. С другой стороны, для минимизации потребляемой мощности может потребоваться поддержание ламинарного режима течения в трещине.

При расходах, больших чем расход в точке 4, течение турбулентно как в трубе насосно-компрессорной станции, так и в трещине.

1. Способ гидроразрыва пласта, в соответствии с которым:
- осуществляют закачку гидроразрывной жидкости в скважину посредством насоса;
- в процессе закачки постепенно увеличивают расход гидроразрывной жидкости;
- одновременно осуществляют непрерывное измерение потребляемой мощности насоса;
- по скачкообразному изменению потребляемой мощности насоса определяют момент перехода к турбулентному течению жидкости в скважине и осуществляют управление режимом течения посредством регулирования расхода гидроразрывной жидкости.

2. Способ гидроразрыва пласта по п.1, в соответствии с которым расход гидроразрывной жидкости поддерживают равным расходу, достигнутому в момент регистрации скачкообразного изменения потребляемой мощности.

3. Способ гидроразрыва пласта по п.1, в соответствии с которым расход гидроразрывной жидкости уменьшают для предотвращения турбулизации течения в скважине.

4. Способ гидроразрыва пласта по п.1, в соответствии с которым продолжают постепенно увеличивать расход с одновременным непрерывным измерением потребляемой мощности насоса и по повторному скачкообразному изменению потребляемой мощности насоса определяют момент перехода к турбулентному течению жидкости в трещине, после чего осуществляют управление режимом течения в трещине посредством регулирования расхода гидроразрывной жидкости.

5. Способ гидроразрыва пласта по п.1, отличающийся тем, что в качестве мотора насоса используют электрический мотор, при этом измерение потребляемой мощности осуществляют посредством измерителя электрической мощности.

6. Способ гидроразрыва пласта по п.1, отличающийся тем, что в качестве мотора насоса используют двигатель внутреннего сгорания, при этом измерение потребляемой мощности осуществляют посредством измерения потребления топлива в реальном режиме времени.

7. Способ гидроразрыва пласта по п.4, в соответствии с которым расход гидроразрывной жидкости поддерживают равным расходу, достигнутому в момент регистрации повторного скачкообразного изменения потребляемой мощности насоса.

8. Способ гидроразрыва пласта по п.4, в соответствии с которым расход гидроразрывной жидкости уменьшают для предотвращения турбулизации течения в трещине.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к водным жидкостям, загущенным вязкоупругим поверхностно-активным веществом - ВУП, эффективным как обрабатывающие жидкости и, в частности, как жидкости для гидроразрыва подземных пластов.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для улучшения гидродинамической связи скважины с продуктивным пластом в карбонатных породах.

Изобретение относится к нефтедобыче и предназначено для увеличения дебита нефти продуктивных и приемистости нагнетательных скважин. .
Изобретение относится к покрытому расклинивающему наполнителю и его использованию при гидроразрыве пласта. .

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а конкретно к пороховым генераторам давления, и может быть использовано для интенсификации добычи нефти и газа, вызванной механическим, тепловым и физико-химическим воздействием на нефтегазоносные пласты продуктов сгорания твердого топлива.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при гидроразрыве карбонатного пласта. .

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при гидравлическом разрыве карбонатного пласта с подошвенной водой. .
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при гидравлическом разрыве пласта. .

Изобретение относится к области технических средств защиты кольцевого затрубного пространства скважины, ведущего на поверхность, от давления, превышающего предельные давления колонны труб или противовыбросовых превенторов при обработке призабойной зоны пласта и, в частности, во время проведения гидравлического разрыва пласта

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а в частности к пороховым генераторам давления для интенсификации нефтегазодобычи, применяемым в комплексной обработке скважин совместно с импульсными устройствами

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может найти применение при изучении межскважинных интервалов нефтяного месторождения

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для увеличения эффективности вторичного вскрытия пласта

Изобретение относится к инструментам для разрыва пласта для применения в нефтяных и газовых скважинах, а именно к инструментам разрыва пласта, снабженным муфтой, которая может быть перемещена из первого рабочего положения во второе рабочее положение, так что инструмент может обеспечивать выполнение операций разрыва пласта в первом рабочем положении, после чего инструмент можно переместить во второе рабочее положение для добычи флюидов из скважины

Изобретение относится к разрушающим композициям для регулированного разрушения текучих сред разрыва боратного структурирования и способу их получения и использования, при этом композиция включает окислительный компонент и сложноэфирный компонент

Изобретение относится к нефтегазодобыче, а именно к термогазохимическому способу обработки призабойной зоны пласта (ПЗП) и устройству, с помощью которого оно осуществляется

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для добычи ценного кристаллического сырья и природного камня, разборки завалов и сооружений, дробления негабаритов

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к способу гидравлического разрыва в горизонтальных стволах скважин продуктивных пластов
Наверх