Способ импульсного гидроразрыва породного массива

Номер патента: 1827007

Автор: Бакулин

Есть еще 2 страницы.

Смотреть все страницы или скачать ZIP архив.

Текст

(56) Яа 11 В.Р., Киз 0 Ьоч А.Я, МцОре1 гасыгпд ВогеЬоез Ьу озпд 1 а 1 огеб - Рцзеоаэипд; Яос. Ресго 1 ез, Епд, 1, 1982, 22, М 6,923-932.Авторское свидетельство СССРМ. 1647157, кл. Е 21 С 39/00, 1988,(54) СПОСОБ ИМПУЛЬСНОГО ГИДРОРАЗРЫВА ПОРОДНОГО МАССИВА(57) Бурят в массиве скважину и нагнетаютв нее рабочую жидкость, На расстоянии 3 - 5длин волн основной частоты от рабочейскважины бурят дополнительную скважину,Определяют направление векторов максимальных сливных напряжений. Размещаютв дополнительных скважинах невзрывныеисточники вибровоздействия, ориентируютих оси в направлении векторов главных наИзобретение относится к области горного дела и может быть использовано в различных областях для проведения гидроразрыва в локальном участке земной коры или глубокой скважине.Цель изобретения - повышение эффективности гидроразрыва за счет увеличения проницаемости и снижения энергоемкости.Поставленная цель достигаетсятем, что, согласно способу, источники вибровоздействия размещают с шагом, равным одной восьмой длины волны основной частоты по глубине скважины е месте проведения гидроразрыва, измеряют напряженно в деояние пород, опредеения в знакопеременсоотношения/зточнике, кг/см;2,давления в источнике,фор ляю ной ированное сос амплитуду дав пругой волне и нпи = 0,015 (РЧ) - давление в и - объем камеры где- глубина р жине, м, ровоэдействи давления, ра ющих напряж тают техноло й 3-5)ь ПАВ азмещения источн сква а виб тудо руша нагн банк т с амплие осуществля вной 0,5 от ве ений, при эт гический ра и производя личины ра м е пород теор с до еиГ 1 ровоз ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) пряжений и поэтажно воздействуют на горный массив, При этом сначала приводят массив в колебательное состояние в диапазоне от 60 до 1500 Гц, а затем воздействуют с частотой, равной частоте колебаний горного массива. Источники размещают с шагом, равным одной восьмой длины основной частоты, по глубине скважины. В процессе вибровоздействия определяют напряженно - деформированное состояние пород и амплитуду давления в знакопеременной упругой волне по расчетной формуле. Вибровоздействие осуществляют с амплитудой, давления, равной 0,5 от величины разруша- ющих напряжений, При вибровоздействии в породы нагнетают технологический раствор с добавкой 3 - 5 ф ПАВ. Воздействие произ-, водятдо смены деформаций растяжения де-формационными сжатиями после чегопереходят на частоту, равную частоте нагнетания рабочей жидкости. 20 з.п. ф-лы.1827007 Составитель А.Бакул Техред М.Моргентал рректор О.Кравцова актор З,Ходаков роизводственно-издателкскил комбинат "Патент", г, Ужгород. ул,Глгаоина. 1 аказ 2331 Тираж Подписное ВНИИГ 1 И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж, Раушская наб 4/5действие в течение времени, при котором деформации растяжения сменят деформации сжатия. после чего переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте нагнетания рабочей жидкости в скважину, и производят указанное воздействие до достижения гидроразрыва,Часть обсадной трубы, расположенной на глубине проведения гидроразрыва, и пространство между нею и скважиной заполняют упруговязким материалом, величина акустического сопротивления которого равна величине акустического сопротивления .пород, причем в качестве указанного материала используют редкоземельные вещества или их соединения с добавкой 10 ф тон козернистого цемента.Рабочую жидкость перед нагнетанием в скважину нагревают до 80 С, добавляют в нее расклинивающие агенты с размерами 0,03-0,50 мм плотностью 2,6 - 4,8 г/см вз пределах 10(, от общего объема закачиваемой жидкости в скважину,Регистрируют тензодатчиками, встроенными в источники, импульсы давления, определяют их спектры и управляют формой разрушающих импульсов давления, возбуждаемых в горном массиве.Возбуждают в жидкости скважины на глубине проведения гидроразрывамощные ультразвуковые колебания, являющиеся инициаторами кавитирующих взрывов на пути распространения упругих колебаний, причем энергию кавитирующего пузырька определяют из выраженрияз 4Е =ЛЯ - Ро,3где Рс - геостатическое давление, обусловленное весом пород, кг/см;2,Й - размер кавитирующего пузырька,мм,Контролируют скорость нагружения породы в зоне забоя, выбирают оптимальныйрежим нагружения, исключающий индуцирование остаточных напряжений, причемвремя роста давления до разрушения стенок скважины выбирают из условиялО/(2 Св)т8 лО/Ся,где Ск - скорость поверхностных волн Релея в породах стенки скважины, м/с;О - диаметр скважины, м.Скорость изменения площади поперечногосечения трещины определяют из выражед ц/д х + г 1 у + д Я /д 1 = О,где ц(х, 1) - скорость инжекции (расход) жидкости разрыва через вертикальное поперечное сечение трещины при х =- сопзт сплощадью Я(х, 1); цу = 2 пОу -. скорость утечек в породу,приходящаяся на единицу длины трещины;Оу - скорость утечек на единицу площади поверхности трещины (Оу =. С/(1 - т)1 2,Ипостоянная высотатрещины;1 - время;. т момент начала утечек в сухую породуС - постоянный коэффициент утечек,Ширину трещины для случая пористойпороды с массовыми силами, обусловленными градиентами порогового давления,определяют из выраженияМмакс = 8(1 - Р)2 г (Рс - Рсм)(1 - А/2)/(ЛЕ);15 А=(1 21 У д).а=1- Сск/СпРсм = (25 в - АРп)/(2 - А),где Рс - давление на входе в трещину;Рсм - ДаВЛЕНИЕ, ПРИ КотОРОМ тРЕЩИНасмыкается;а - постоянная Био, равная нулю дляобычной упругой среды;Сп - линейная сжимаемость скелета пористой среды;г - радиус трещины;Рп - среднее пороговое давление;Сск - линейная сжимаемость зерен скелета породы,Раскрытие трещины происходит при выполнении условияРрРс Рсмпричем для горизонтальной трещины давление распространения Рр определяют из выражения35 Р Р + (Е )1/2(г(1 2-1/2 (1 А/2)а для максимального раскрытия вертикальной трещины по всей высоте давления Ррпначала гидроразрыва определяют из выражения40Ррп = Рсм+ % (2 - А),где ю - коэффициент Пуассона;у - поверхностная энергия;о, - прочность породы на разрыв;Е - энергия кавитируощего пузырька.Критическое. значение коэффициента интенсивности напряжений определяют из выра.женияК 1 с =(2 фС) =(2/Л) Кс,где у - плотность поверхностной энергии;Кс в моду сцепления породы;С - константа, зависящая от упругихПОСТОЯННЫХ.Поле напряжений вблизи конца трещинц определяют из выраженияо 11- - Кбф (2 Л г) + конечные члены,2 л - постоянный коэффициент интенсивности напряжений.При распространении трещины гидро-.разрыва ее энергию определяют из выраженияЭр=2 у а, ,где 2 у - поверхностная энергия с учетомдвух поверхностей;а - коэффициент пластичности,- полудлина трещины.Максимум ширины эллиптической трещины в вертикальном поперечном сеченииопределяют из выраженияш акс(х) = 11 ЛР(х): Ь(х,где ЬР(х) = Р(х) - 51;31= Ямин - прочность породы на разрыв;Ь(х) - высота трещины в сечении с координатой х;Р(х) - распределение давления жидкости в трещине, .Изменение вязкости жидкости гидроразрыва из выражения,и(х) и(О)(1 - х/),где,и(О) - вязкость жидкости на входе втрещину;- полудлина трещины,Раскрытие трещины, находящейся поддействием внутреннего давления, определяют из выражения Г( + )н Оуо Км бу дО5 У= - К 25 где С - объемная теплоемкость жидкости втрещине;С - теплоемкость паровой жидкости;35 С 1 - полудлина вертикальной трещиныгидроразрыва;й) - ширина трещины;х - координата в направлении ее удлинения;Ч. - интенсивность утечек жидкости разрыва через единицу площади поверхноститрещины гидроразрыва в направленииу,(х, т) = од (Чо/Ч);Чо0 - превышение температуры жид-.кости разрыва над температурой пласта,взятой в качестве температуры отсчета, так,на входе в трещину гидроразрыва Чо(0, т) =ЧсСм - объемная теплоемкость горной породы, насыщенной жидкостью;с - объемная скорость потока жидкости.в трещине;1 - время;1 о(х) - время начала утечек жидкости55 разрыва в породе,Возбуждают в жидкости скважины наглубине проведения гидроразрыва мощныеультразвуковые колебания, снижают вязкость пластовой жидкости от 10 до 60;. Ф(й = О(в)+ Ч(щ) == 0,5 д,О - Г - , +д 1 двхгдх й дхв (х, г) с 3 х с 3 л -- У 3 Р (х, ) м (х, г) дх сг.,где первый интеграл представляет собой изменение потенциальной энергии Ща), связанное с упругой деформацией породы при раскрытии трещины, а второй интеграл - работа по раскрытию трещины Ч(и);ф - поверхность трещины;К = (х - х) + (г - г)г)" - расстояние между точкой с координатами (х, у), в которой вычисляется давление, и произвольной точкой (х, г) на поверхности трещины, по которой производится интегрирование; о, = 4 л(1 - р) - жесткость линейно-упругой среды, моделирующей породу с коэффициентами Пуассона и и модулем сдвига ,Перенос тепла в пористой горной породе определяют из выражения где Ор - глубина проникновения теплового потока в породу;Км - теплопроводность насыщенной жидкостью породы;0- температура;у - координата вдоль оси, ортогональной к поверхности трещины, отсчитываемая вглуб пласта;Н - количество тепла, приходящееся на единицу поверхности пористой породы в плоскости трещины (хг),Распределение температуры по поверхности трещины определяют из выражения С о - +(0,5472 См Ор+ С й)ддх- ф - " + 2 Ч (С - С) = О (15); дй) ц = . ( - + 2 Ч)дх; дт с ч = а (х) /т - 1(х); 11мального главного напряжения. Фильтрация нивелирует различия в на-; 10 15 Обеспечивают ортогональность трещины при разности между минимальным и промежуточным главными напряжениями в пределах 0,05 - 0,025 МПа, причем направление распространения трещины в этом случае параллельно направлению действия максипряженном состоянии локальных участков горного массива с неоднородным напряженным состоянием и снижает от 20 до 400 давление гидроразрыва, причем рост порогового давления замедляет рост трещины гидроразрыва, Добавляют в жидкость разрываа газовые компоненты в объеме от 50 до 15 от общего объема нагнетаемой жидкости,При закачке в скважину холодной воды в объемах, превышающих 10 м", величиназ з главного напряжения уменьшается в охлажденной горной породе на 20 в 60,что облегчает создэкие трещин гидрорэзрыва и удержание их в зоне охлаждения, при этом давление гидроразрыва снижается до 10 МПа,Наличие естественных трещин уменьшает модули упругости пород от 3 до 15 раз, трещина легко проходит через границу в материал с большими по величине модулями упругости, и различия в плотности и проницаемости слоев пород не влияют на процесс распространения трещины, На глубине проведения гидроразрыва вокруг скважины возбуждают мощные сейсмиче-. ские колебания и создают радиальные трещины, которые пересекают естественные трещины и образуют сеть каналов, существенно увеличивающих приток флюида к скважине,На чертеже приведена схема реализации способа, где 1 - горный массив; 2 - скважина; 3 - пласт; 4 - устройство герметизации; 5 - обсадная труба; 6 - упруго - вязкое тело; 7 - источник постоянного импульсного напряжения; 8 - виброистачники; 9 - компрессор высокого давления ЭУ - 5 или ЭУ - 7; 10 - электронный пульт управления; 11 - микропроцессорный блок; 12 - модуль памяти; 13 - пультовый терминал;14 - цифропечатающее устройство; 15 - лазер накачки; 16 - световод для передачи энергии луча лазера в скважину; 01 и ог - векторы максимальных главных напряжений в массиве горных пород,Способ осуществляют следующим образом.По глубине скважины 2 в горном массиве 1 с шагом 1/8 длины волны основной частоты, излучаемой в массив 1, размещают 20 25303550 группу источников 8, 8 месте проведения гидроразрыва в верхней и нижней части скважины между обсадной трубой 5 и скважиной 2 размещают упруговязкий материал 6, причем в качестве указанного материала используют редкоземельные вещества или их соединения с добавкой 100 тонкозернистого цемента в качестве вяжущего, С помощью датчиков давления горных пород определяют поле напряжений и главные векторы в породном массиве, в котором необходимо осуществиь импульсный массированный гидроразрыв.Параметры виброисточников 8 и глубину их размещения в скважине выбирают исходя из условий волнового подобия на частотах 60 - 1500 Гц, где имеет место "максимальная" закачка упругой энергии в горный массив в месте проведения гидроразрыва, составляющая от 3 до 160 всей запасенной энергии в источнике от компрессора 9 высокого давления - от 60 до 300 атм. и выше, Глубина размещения источников 8 оптимальна величине давления, обеспечиваемого столбом воды в скважине 2. Она определена экспериментально при исследованиях в морской сейсморазведке на акваториях и составляет в диапазоне 60- 1500 Гц от 10 до 250 атм,Источники 8 размещают нэ расстоянии друг от друга, равном 1/8 длины волны основной частоты, генерируемой в массив 1. При скорости Р волн в жидкости, равной 1500 м/с, длины волн на частотах;60 Гц = (1500 м/с)/(60 Гц) = 25 м, 1500 Гц =1 ми составляет от 1 до 3 м, Это вызвано тем, что при таком удалении (1/2, 1/4, 1/8) поле упругих напряжений, излучаемое источником, распределено равномерно и позволяет осуществлять синхронизацию работы группы виброисточников относительно легко.Время воздействия группы виброисточников - синхронной их работы - для приведения массива в неудароопаское состояние при амплитуде давления в знакопеременной упругой волке не более 0,5 от величины разрушающих напряжений для пород, слагающих массив, регулируется посредством электронного пульта управления 10 с компрессором 9 и зависит от обводненности порбд в массиве и геомеханических условий их залегания, глубины их расположения в земной коре, степени трещиновэтости пород. Импульс давления сжатого воздуха преобразуется тензодатчиком, встроенкым в источник 8, в электрический сигнал и подается на вход информационно-вычислительного комплекса (ИВК), в который входят микропроцессорный блок 11, модуль памяти 12, 18270010пультовый терминал 13 и цифропечатающее устройство 14. С помощью ИВКосуществляют. синхронизацию работы группы виброисточников 8 в скважине 2 посредством сопоставления эталонных импульсов давления, полученных в лабораторных условиях, с импульсами давления, получаемыми непосредственно в скважине, и по заранее введенной в ИВК программы осуществляют корректировку работы группы виброисточников в выбранном диапазоне частот. С помощью Фурье - устройств определяют спектры полученных импульсов давления, сопоставляют их с эталонными и управляют работой группы виброисточников во времени для достижения положительного эффекта. Выбирают оптимальный режим нагружения, в котором не индуцируются остаточные напряжения, и осуществляют контроль скорости нагружения пород в массиве - скорости изменения поперечного сечения магистральной трещины. Определяют ширину трещины в процессе гидроразрыва для пористой породы, степень ее раскрытия, коэффициент интенсивности напряжений, поле напряжений в месте гидроразрыва, энергию, затрачиваемую на гидроразрыв, максимум ширины эллиптической трещины в вертикальном сечении, изменение вязкости жидкости гидроразрыва, перенос тепла в пористой породе и распределение температуры по поверхности трещины, При синхронной работе группы источников амплитуду их колебаний поднимают от минимального до максимального значения, определяемого уровнем достижения напряжений в массиве, равном 0,5 от величины разрушающих напряжений, с таким условием чтобы не вызывать динамических проявлений горного давления и не повредить стенки скважины.Колебания вызывают в массиве относительную подвижку структурных элементов, перераспределение поля упругих напряжений на пути распространения колебаний и частичную дегазацию локального участка горного массива, подверженного вибровоздействиям. Эти явления имеют место в горном массиве как при работе одиночного источника, так и при работе группы источников.Работу группы источников контролируют геомеханическими и геофизическими методами исследований;- методом разгрузки с использованием тензодатчиков;- с использованием методов сейсмоакустической или электромагнитной эмиссии;- сейсмическими методами исследований, 10 15 20 30 55 40 50 Вибровоздействия осуществляют на массив поэтапно, Сначала приводят массив в колебательное состояние в диапазоне 60- 1500 Гц, нагнетают в породы ПАВ в концентрации 3 - 5) и осуществляют их в течений времени, при котором деформации растяжения в массиве сменят деформации сжатия, т,е. до достижения в массиве оптимальной проницаемости, Затем переходят на частоту собственных колебаний горных пород, т.е. вибровоздействия осуществляют в резонансном режиме, после чего проводят вибровоздействия с частотой нагнетания рабочей жидкости в скважину и осуществляют в течение времени, необходимого для достижения положительного эффекта, - гидроразрыва, Параметры визровоздействия задают для всех источников одинаковыми, а именно частоту, длительность и интенсивность колебаний поддерживают одинаковыми при неизменных контактных условиях До, во время и после вибровоздействия осуществляют контроль за напряженно - деформированным состоянием горных пород в массиве, что позволяет выбирать оптимальный режим проведения гидроразрыва и его корректировки во время проведения опыта, Воздействуя на приконтурную часть горного массива вибрационныл;и нагрузками измеряют его напряженно - деформированное состояние и при достижении в нем напряжений 0,5 от разрушающих начинают нагнетать рабочую жидкость в скважину, Таким образом, массив обрабатывается всеми видами вибрационных сжимающих и растягивающих нагрузок, что способствует увеличению проницаемости горных пород и снижению поочности пород на разрыв в месте проведения гидроразрыва,По истечении необходимого времени источники выключают и переносят на новое место, если требуется повторное воздействие на породный массив для р:;стижения необходимого эффекта,Для того чтобы снизить вязкость пластовой жидкости, последовательно возбуждают мощные ультразвуковые колебания, получаемые посредством л ощного луча лазера 15, посылаемого в жидкость скважины в месте гидооразрыва. Световодом 16 возбуждают колебания в диапазоне 10 - 20 кГц. Затем лазер выключают и посредством электронов подают на упруго - вязкое тело, материалом для которого служат редкоземельные вещества, обладающие гигантской магнитострикцией, от источника 7 импульсное напряжение, причем до 50 оь электромагнитной энергии переходит в упругие колебания, параметрами которых управля 18270075 10 15 20 25 40 45 50 ют изменяя частоту, величину и длительность импульсного возбуждающего напряжения,Аналогичным образом управляют параметрами упругих волн изменяя частоту и интенсивность луча лазеоа накачки. Изменяя посредством вибровоздействий напряженное состояние пород в массиве, создают необходимое соотношение между горизонтальными и вертикальными напряжениямл в месте проведения гидроразрыва для получения сети радиальных трещин в горном массиве с учетом естественных трещин, Обработка горного массива в месте проведения гидроразрыва осуществляется либо с помощью источников 8, работающих в низкочастотном диапазоне от 60 до 1500 Гц, либо посредством 6 или 15, 16 для возбуждения колебаний в ультразвуковом диапазоне частот, что позволяет работать в выбранном диапазоне частот и использовать кавитирующие процессы, проявляющиеся при нагнетании в породы жидкостей, нагретых до 80 С, в совокупности с расклинивающими агентами, цтобы не дать порам и трещинам закрыться при попадании в них частиц размерами О,ОЗ - 0,50 мм и прочностью от 2,6 до 4,8 г/см, в зависимости от величины гидростатического давления, обусловленного весом вышележащих пород. Кавитирующие процессы в нагретых породах способствует резкому увеличению гидро- и аэродинамических связей пород и повышению проницаемости их эа счет возникновения микро - и макроударных волн давления и пульсирующих потоков флюидов, что также способствует снижению прочности пород на разрыв и увеличению площади гидроразрыва,При закачке. наряду с вибровоздействиями, в скважину холодной воды в обьеме более 10 м величина главных напряжений уменьшается в охлажденных породах на 20 - 60%, что облегчает создание сети трещин и удержание их в зоне охлаждения, при этом давление гидроразрыва снижается до 10 МПа, Для создания массированного импульсного ориентированного гидроразрыва вокруг скважины в месте его проведения возбуждением мощных сейсмических колебаний в диапазоне 60-1500 Гц создают радиальные трещины, которые, пересекая естественные трещины, образуют сеть каналов, существенно увеличивающих приток флюида к скважине, Таким образом, использование выбранного диапазона частот в совокупности с инжектированием в массив разупрочняющих растворов повышает эффективность способа, снижает прочность пород на разрыв до 40% и увеличивает площадь гидроразрыва в несколько раз,Сущность способа заключается в том, что под воздействием мощных вибрационных нагрузок в массиве возникают волны сжатия и разрежения. Зти волны вызывают миграцию флюидов - жидкостей и газов, содержащихся в порах и трещинах пород, и содействуют их миграции во много раз быстрее, чем в отсутствие упругой волны, Кроме того, вибрации содействуют раскрытию пор и трещин на пути распространения волн. В местах нагрева пород свыше 40 С при условии, что;1) направление распространения волны совпадает с направлением простирания пор и трещин;2) частота колебаний близка к собственным частотам жидкостей, заполняющих поры и трещины;3) длины излучаемых волн соизмеримы с размерами пор и трещин,в зоне разрежения упругой волны возникают кавитационные пузырьки, заполненные газом и паром и схлопывающиеся в зоне сжатия упругой волны, следствием чего являются возникающие мощные гидродинамические возмущения в виде импульсов сжатия микро- и макроударных волн и потоков флюидов, порождаемых пульсирующими пузырьками, вследствие чего резко возрастает проницаемость пород и изменение прочностных свойств последних на 20 - 60%, Кроме того, миграция флюидов в порах и трещинах пород сопровождается;- перераспределением поля упругих напряжений на пути мигрирующих флюидов;- истечением газов из пор и трещин -дегазацией локального участка горного массива, подверженного вибровоздействиям;- кавитирующими процессами, причем кавитация процесс вероятностный, она имеет место при определенных начальных и граничных условиях,Расклинивающие агенты, вводимые в рабочую жидкость, являются концентраторами новых трещин и способствуют увеличению проницаемости горных пород,Преимущества способа состоят в следующем:1) перераспределении поля упругих напряжений на пути распространения волн;2) сведении к минимуму вероятности динамики горного давления;3) приведении поля существующих напряжений к состоянию, которое удовлетворяет оптимальным условиям проведения гидроразрыва;4) создании оптимальных условий возбуждения упругих колебаний в выбранномдиапазоне частот при неизменных контактных условиях в режиме накопления упругойэнергии;5) увеличении проницаемости пород вдесятки и сотни раз;б) улучшении параметров гидроразрыва: снижения прочности пород на разрыв иповышения эффективности способа.Использование изобретения позволит,по сравнению с имеющимися классическими способами, значительно повысить эффективность гидроразрыва, увеличить егоплощадь и снизить энергозатраты.Ожидаемый экономический эффект отвнедрения изобретения составляет 4 б тыс.руб, в год.формула изобретения1. Способ импульсного гидроразрывапородного массива, включающий бурениескважин в массив, обустройство ее устьевойарматурой, соединенной с насосом и питающим трубопроводом, нагнетание в скважинурабочей жидкости, возбуждение в нейупругих колебаний, определение основнойчастоты вибровоздействия на горный массив, бурение на расстоянии от рабочей скважины 3 - 5 длин волн основной частотыдополнительной скважины, размещение вней невзрывных источников вибровоздействия, определение векторов максимальныхглавных напряжений, ориентирование осейуказанных источников в направлении векторов главных напряжений и поэтапное воздействие на горный массив с начальнымпредварительным приведением горногомассива в колебательное состояние в диапазоне 60 - 1500 Гц, последующее воздействие с частотой, равной частоте колебанийгорного массива, о тл и чаю щий с я тем,что, с целью повышения эффективности гидроразрыва за счет увеличения проницаемости и снижения энергоемкости, источникивибровоздействия размещают с шагом, равным одной восьмой длины основной частоты по глубине скважины в месте проведениягидроразрыва, измеряют напряженно - деформированное состояние пород, определяют амплитуду давления взнакопеременнсй упругой волне из соотношенияА = 0,015(РЯ /й.где Р - давление в источнике, кг/см;2,Ч - обьем камеры давления в источнике,дм;В - глубина размещения источника вскважине, м,а вибровоздействие осуществляют с амплитудой давления, равной 0,5 от величины раз 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 дуцирование остаточных напряжений, причем время 1 роста давления до разрушения стенок скважины выбирают из условиялО/2 Св)8 лО/Ся.где Ся - скорость поверхности вслч Релел в породах стенки скважины, м/с:О - диаметр скважины, м. рушающих напряжений, при этом в породынагнетают технологический раствор с добавкой 3-5 ПАВ и производят вибровоздействие в течение времени, при которомдеформации растяжения сменят деформации сжатия, после чего переходят на частотувибровоздействил, равную частоте нагнетания рабочей жидкости в скважину, и производят указанное Всздсйствие додостижения гидрсразрыва,2, Способ пс и, 1, с т л и ч а ю щ и й с лтем, что часть обсадной трубы, расположечной на глубине проведения гидроразрыва, ипространство между нею и скважиной заполняют упруговязким материалом, величина акустического сопротивления которогоравна величине акустического сопротивления пород, причем в качестве указанногоматериала используют редкоземельные вещества или их соединения с добавкой 10;4тонно-зернистого цемента,3. Способ по и, 1, о тл и ч а ю щи йс ятем, что рабочую жидкость перед нагнетанием в скважину нагревают дс 800 С, добавляют в нее раскладывающие агенты сразмерами 0,03 - 0,50 мм с плотностью 2,6 -4,8 г/см в пределах 10 от общего объемазакачиваемой жидкости в скважину,4. Способ по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что регистрируст тензодгтчиками,встроенными в источники, импульсы давления, определяют их спектры и управляютформой разрушающих импульсов давления,возбуждаемых в горном массиве,5, Способ по п.1, о тл и ч а ю щ и йс ятем, что возбуждают в жидкости скважинына глубине проведения гидроразрыва мощные ультразвуковые колебания, инициируют кавитирующие взрывы на путираспространения упругих колебаний, причем энергию Е кавитирующего пузырька определяют из выраженияЕ =ЮЙ - Ро,з 43где Р 0 - геостатичссксе давление, сбуслОВленное весом пород, кг/см 2;Я - размер кавитируащегс пузырьга,мм.б. Способ по п.1, с тл и ч а ю щ и йс ятем, что контролируют скорость нагруженияпороды в зоне забоя, выбирают оптимальный режим нагружения. исключающий ин 15 18270077. Способ по п, 1, от л и ч а ю щ и й с я тем, что скорость изменения площади поперечного сечения трещины определяют из выражениядц/дх+цу+ дИ д=0, 5 где ц(х, т) - скорость инжекции (расход) жидкости разрыва через вертикальное поперечное сечение трещины ири х = сопэ 1 с площадью Я(х, 1);г)у = 2 КОу - скорость утечек в породу, 10 приходящаяся на единицу длины трещины; .6 - постоянная высота трещины;Оу - скорость утечек на единицу площади поверхности трещины, причем Оу = С/(т - т)т - момент начала утечек в сухую порадуС - постоянный коэффициент утечек.8, Способпоп,1,отличающийсятем, что ширину трещины для случая пористой породы с массовыми силами, обусловленными градиентами пороговогодавления, определяют из выраженияЖамакс= 8(1 - Р)2 г(Рс - Рсм)(1 - А/2)/ л я,где А = (1 - 2 тт)(1 - 1 т): а = 1 - Сск/Сп,Рсм = (23 в - АРп)/(2 - А); 25Р, - давление на входе в трещину;г - радиус трещины;а - постоянная Био, равная. нулю дляобычной упругой среды;Сск - линейная сжимаемость зерен ске- З 0лета породы;Сп - линейная скимаемость скелета пористой среды,9.Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что для раскрытия трещин соблюдают З 5условиеРр Рс Рсм,причем для горизонтальной трещины давление распространения Рр определяют из выражения 40Р = Рсм+ (Е у) (г(1 -р 2 (1 - А/2),а для максимального раскрытия вертикальной трещины ио всей высоте давление Ррначала гидроразрыва определяют из выражения 45 Ррп = Рсм+ % (2- А),где и - коэффициент Пуассона;у- поверхностная энергия;% - прочность породы на разрыв;Е - энергия кавитирующего пузырька.10. Способ по и, 1 о тл и ч а ю щ и й с ятем, что критическое значение коэффициента интенсивности напряжений К 1 с определяют из выраженияК 1 с = (2 у /С) = (2/ л) Кс,где у - плотность поверхностной энергии;Кс - модуль сцепления породы; С - константа, зависящая от упругихпостоянных.11. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что напряжение вблизи конца трещиныопределяют иэ выраже/нияо = Кб) Щ(2 л 3 )-1 + конечные члены,где г, О- полярные координаты с центром вконце трещины;1 ц - некоторые конечные функции, 1, / =1,2,3;2 л - постоянный коэффициент интенсивнрсти напряжений.12. Способ пои. 1, отлича ющийсятем. что при распространении трещины гидроразрыва ее энергию определяют иэ выраженияЭр = 2 у+ 12 п),где 2 у - поверхностная энергия с учетомобразования двух поверхностей;ап - коэффициент пластичности;1 - полудлина трещины.13. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что максимум ширины эллиптическойтрещины в вертикальном поперечном сечении определяют из выраженияИмакс(х) = 1( Мх) )(хгде ЬР(х) = Р(х) - 51;51= Змин - прочность породы на разрыв;Цх) - высота трещины в сечении с координатой х;Р(х) - распределение давления жидкости в трещине,14. Способ по и. 1, о т л и ч а ю щ и й е ятем, что изменение вязкости жидкости гидроразрыва определяют из выраженияфх) =,и(0) (1 - х/),где р(0) - вязкость жидкости на входе втрещину;1 - полудлина трещины,15. Способ по п. 1, о тл и ч а ю щи йс ятем, что раскрытие трещины, находящейсяпод действием внутреннего давления, определяют из выражения 1( в) = О( в) + Ч( а) =0 5 д )О ) д 1, двух т)р дхВ- )Р (х, т) и (х, т) дх т)т,где первый интеграл представляет собой изменение потенциальной энергии О(в), связанное с упругой деформацией породы при раскрытии трещины, а второй интеграл - работа по раскрытию трещины Ч(о;

Смотреть

Заявка

4843415, 28.06.1990

А. В. Бакулин и В. Н. Бакулин

БАКУЛИН АНДРЕЙ ВИКТОРОВИЧ, БАКУЛИН ВИКТОР НИКОЛАЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: E21C 39/00

Метки: гидроразрыва, импульсного, породного, массива

Опубликовано: 07.07.1993

Код ссылки

<a href="http://patents.su/10-1827007-sposob-impulsnogo-gidrorazryva-porodnogo-massiva.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ импульсного гидроразрыва породного массива</a>

Похожие патенты