Способ гидроразрыва горных пород

51) 4 Е 21 В 43/2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е лез ск овь дно на го качк ДЛ яеСОЮЗ СОВЕТСИ Б ф,"., - соиидлистииеРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) Авторское свидетельство СССРУ 911018, кл, Е 21 В 43/26, 1980.Авторское свидетельство СССРУ 874997, кл. Е 21 В 43/26, 1977.(54) СПОСОБ ГИДРОРАЗРЫВА ГОРНЫХ ПОИзобретение относится к горному и предназначно для добычи поных ископаемых формированием в ажинах трещин или разрывов, Цель - шипение эффективности способа при временном снижении энергозатрат рогрев призабойной зоны. Для этопериод бурения по опытным проам и получаемым образцам керна ЯО 1435767 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 докритической 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 Ц подвода тепла щ определяют ие вирввеиия Я11 тЕ, %10 К Н 1 Р 490)1 1 10,0054 1 пю +0,051 1 где р, К, 14 - соответст- С венно плотность, проницаемость и пье-.зопроводность пласта, кг/м , м м /с; ф Н - глубина интервала разрыва пласта, м, 1 ил.ВааКЕ 4 ьИзобретение относится:с горному целу Б частности 1 с способам добычи по. лезных ископаемых Фсгрмирсизанием вскважинах трещин или разрывов.Целью изобретения является повьппе"ние эффективности способа при Однвременном снижении энергозатрат на прогрев призабойной зоны,ца чертеже показана с:сема реализа ции предлагаемого способа,Схема включает в себя буровую сква-.жину 1 с призабайной зоной 2., зскры=вающую горные породы 3, колонну насосно-компрессорных труб г 4 с пакером 5,сообщенную с дожимным устройс.твом 6нагреватель 7 и предполагаемая тре"шина 8,Способ реализуют следующим образом .С поверхности земли до глубины пред. полагаемого образования трещины ся.у" ществляют бурение скважиьппВ период бурМпЯ ПО опытным про кач" кам и получаемым образцы; керна одре дЕЛяЮт ПЛОтНОСтъ, ПровиаЕМОСтъ И ПьЕ ЗОПРОВОДНОСтЬ ПОРОЦ, СЛа:-аЮЩгОС ПРИэабойную зону, После поохс.,и:,ссважины В ее призабойной зоне л, через кО.гонз, насасно - компрессорных труб ., устанав ливают нагреватель 7 и затем уст-авливают пакер 5,который изолирует призабойную зону 2 от ос:тагцьнай час:, скважины 1.Далее в призабойной зоне 2 ск;-:-жи-,% ф ны создают даьление тгоевышающее критическое давление перехода жидкой фазы в газообразную (Рк =-2 1 йа). В случае, если глубина скважины нецостаточна для того, чтобы гидростатичес-.,аО кое давление столба заполняющей ее жидкости превысило критическое давление.перехода жидкой Фазы в газообразную, то требуемое давление создают г помощью дожимнага устаоис гва 6, 4 а" гревателем 7 осушествляют нагрев:кидкости в призабойнай зоне 2 да критической температуры перехода жидкой Фа зы в газообразную (Т = 370"С):Поддерживание в прйзабойном прост,-Д ранстве давления, превосходящегс 1 критическое давление перехода жидкс;й Фазы в пароабразнуи, абесиечивает воэможность нагрева жидкости практически до критической темпера гуры парообраза вания воды (370 с), Это позволяет дос тичь максимальна возмО сный каэффици" ент объемного термического расширения воды сс,1: при темпергтуре 350- 3/О С, Сг равный 66,8-264 10 " 1/" С (при температуре 50-250 Г ссг= 10,3-18,1 10о1/ С)р и приводит к ускоренному роевту давления жидкости в подпакерномпространстве вплоть до образования впородах первичной трещины 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, повьппением проницаемости пород, Интенсивность подвода тепла должна приводить к такому термическомурасширению жидкости, которое, несмотря на Фильтрационные утечки, обеспечивает рост давления жидкости в призабойном пространстве вплоть до достижения давления гидравлического разрыва город на данной глубине Р.Рс= 2 Р 8 К-Р.8 Н+Р+,РГО 3 (1)где Р - пластовое давление, МПа;коэффициент структурного осклабления.Сг,- предел прочности пород наразрыв, 1 Паги = 9,81 м/с - ускорение свободного падения;Н - глубина, м,Причем период роста давления довеличины Р /должен не превосходитьвремя повышения температуры жидкостив призабойном пространстве до критической температуры превращения жидкой фазы в парообразную (Т = 370 С),При интенсивности подвода телла Явремя повьппения температуры от начальной Т, до критической ,г =370 Ссоставляет"7 п. Сыс Д 370 - Т,1 (2)Чгде С г, - теплоемкость и плотность жидкости гидроразрыва, Дж/кг С,кг/м ;объем приэабойного прозстранства, м11 п (3)гце сс - диаметр неабсаженнога участка скважины в призабойномпространстве, м,1 п " длина призабойного пространства, м,Повышение температуры жидкости впризабойном пространстве происходит435767 проницаемость пород мдинамическая вязкость, Па с;пьеэопроводность пород,м /с,пропорционально общему количеству где 1 с 1. к(9) 1 п (К 1 пз С,р)-5,4 Ы ы. ЗО 0,0053 1 п (100)+0,051 Рост температуры жидкости сопровождается увеличением относительногообъемаДЧп. и 1 О ,ДТ (5)п,з п,зС жВеличину фильтрационных утечек Сиз призабойного пространства в породы можно определить взяв производнуюИЧпД,0" С :Повышение давления в призабойном пространстве при дебите фильтрационных утечек С определяется по формулесР ж К, и и" + С, 1,4 К 1 пэ Подставляя в формулы (9) средние значения теплофизических параметров жидкости в призабойном пространствевв интервале температур 30-370 С (С, = =9,110 .Дж/(кг; С); , = 745 кг/м М=О,ОО 25 1/С; ц =0,2210 Па с), принимая длину призабойного пространства 1 = 0,5 м и пренебрегая значеокием Т, по сравнению с Т= 370 С и величиной ц Опо сравнейию, с ВН (2 п 41) ,), можно получить окончательное выражение для определения интенсивности подвода тепла1+8101 с Н(1 п)е = - - --- - ф (10)0,0053 1 пК + 0,051П р и м е р. Определение потребной мощности нагревателя для образования на глубине Н=20 00 м трещины гидроразрыва в уеловиях геотермального месторождения, Плотность пород на этой глубине, определенная по данным.испытания кернов, составляет п =2650 кг/м их пьезопроводность к, =1 О м /с, а2проницаемость, установленная в резуль" тате пробных откачек, изменяется в пределах 10 , 10 , 10 мМощность нагревателя (интерсивность подвода теплоты) для образования первичной трешины гидроразрыва в Подставив в уравнение (7) соотношения (2) и (3) можнополучить соотно- шение Ц Рп пА 4 й 1 с 1 п СР9 п К Сс 0(370-То)х 1 п---- (8)4Сравнивая равенстваи (8) й учитывая, что в интервале изменения(1 О - 10 ) Вт выражение 1 пЯ с достаточной точностью аппроксимируется линейной зависимостью вида 13,30 187 1 О, после соответствующих преобразований формула для определения интенсивности подвода тепла к подпакерному объему жидкости имеет вид соответствии с формулой (10) состав ляет при проницаемости К10 м 1+8 АЙ 0 102000(2650-49020йй 477 кВт-6Для проницаемостей пород К = 10и 10 м величина Я соответственносоставляет 60 и 18 кВт. Формула изобретения Способ гидроразрыва горных пород, включающий повьппение давления в призабойной зоне путем нагнетания в скважину жидкости и ее нагрева, о т л ич а ю щ и й с я 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 га14357 б 76где ), 1 с, к - соответственно плотность, проницаемость ипьезопроводность пласга, кг/м , м , м /с;гтН - глубина интервала разрыва пласта, м,0,0053 1 пу + 0,051 Составитель Т.УмариевТехред И.Ходанич Корре Редактор Г,Во ММаксимишинец в каз 5623/31ВНИИ Подписноо комитета СССРи открытийшская наб. .д,по 13035, Производственно-полиграфическое предприятие зообразную, а интенсивность подводатепла Я определяют из выражения 1+8 1 101 с Н 0-490 Тираж 531Государственноелам изобретениосква, Ж, Га жгород, ул. Проектная, 4