Способ гидроразрыва горных пород и устройство для его осуществления

)5 Е 2 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Регули рова нением отноше и процентным с дов окислител Са(МОЗ)2) Кальц иболее сильным на 1 г моль вещможно кав смеси и ием различКИОз, Йтра являеем, т.к, содекул кисл ьдавлениния обьемооотношеня (МН 4 ЙОиевая селокислитеества 6 мо и ор, так ых виаМОз, ся на- ержит ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ленинградский горный институт им.Г.В.Плеханова(54) СПОСОБ ГИДРОРАЗРЫВА ГОРНЫХПОРОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕ;СТВЛ ЕНИЯ Изобретение относится к средствам освоения геотермальных, нефтяных месторождений для повышения приемистости,дебита скважин и, в частности, при разработке циркуляционной технологии добычигеотермальной энергии из "сухих" горныхпород.Способ поясняется устройством.На фиг. 1 представлено устройство втранспортном положении; на фиг. 2 - то же, .в рабочем положении,Устройство состоит изсосуда 1, в нижней части которого секционно размещаютсязаряды 2 из состава смеси, способной после .инициирования, например, электровоспламенителем или термитной шапкой к самоокислению. Количество зарядов 2 и ихсостав определяется типом пород и величиной проектируемой трещины гидроразрыва.Заряды разделяются между собой электро(57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей пром-ти. Цель - повышение эффективности способа за счет возможности формирования трещин большой протяженности. Скважину заполняют пенообразующим раствором. Спускают в скважину пороховой заряд и подрывают его. В процессе горения зарядав призабойной зоне создают герметичную рабочую зону ее отделением от вышележащего столба жидкости, Горение заряда сопровождается образованием трещин в пласте и пены высокого давления, которая эадавливается в трещины, 2 с.п. ф-лы, 2 ил,воспламенителями замедленного действия 3 (или термитными шашками), которые соединяются проводом 4 а кабель-тросом 14, В зависимости от требуемого давления, со, став смеси на основе углерода подбирается в определенных весовых частях. Например, соотношение компонентов; селитра.ЗОО/о; сера 10%; углерод 60% при реакции развивают давление в замкнутом обьеме до 10 МПа; селитра 50 О; сера 10 О/; углерод 40 О/, - давление до 75 МПа; селитра 80 О; сера 10 О; углерод 10- давление 200 МПа.Внутри сосуда над пороховыми зарядами 2 размещен поршень 5, который в нижнем, положении удерживается пружиной 6. Для ограничения перемещения имеются фиксаторы 7.По наружной поверхности сосуда 1 концентрично расположен запорный орган 8, заполвенный в виде эластичного рукава, который в верхней части жестко крепится к сосуду 1, Й в нижней части герметично закрепляется к подвижной (относительно оси сосуда) муфте 9. В сосуде 1 между поршнем 5 и секциями пороховых зарядов 2 расположены по окружности газопропускные отверстия 10, которые в транспортном положении герметично перекрываются подвижной муфтой 9. Полость, образованная запорным органом 8 и наружной поверхностью сосуда 1, соединена с внутренней надпоршневой частью сосуда дроссельными отверстиями 11. Эти полости заполнены несжимаемой жидкостью 12, утечки которой предотвращаются в нижней части поршнем 5 и герметичной подвижной муфтой 9, а в верхней жестким креплением запорного органа 8 к сосуду 1 и герметичным замком кабель-троса 14.Устройство работает следующим образом.,Скважину предварительно заполняют на всю глубину раствором пенообразователя (0,5-0,80 ь по активному веществу). В интервал планируемой зоны гидроразрыва на кабель-тросе опускают устройство, Электровоспламенитель подключается к источни.ку питания, под действием которого происходит инициация самоокисления угле- родной смеси первой секции заряда 2. Образовавшийся газ, расширяясь, передает давление поршню 5, который, перемещаясь в осевом направлении вверх, вытесняет жидкость 18 из внутренней полости сосуда 1 через дроссельные отверстия 11, передавая давление запорному органу. Под действием равномерного давления эластичный рукав запорного органа 8 перемещается в радиальном направлении, благодаря чему обеспечивается его плотное прижатие к стенкам скважины и создается рабочая зона с герметичным отделением части пенообразующего раствора в стволе скважины, При радиальном расширении запорного органа 8 его механическое повреждение предотвращается соединением в нижней части к подвижной муфте 9, которая, перемещаясь вверхйонаружйой поверхнОсти сосуда, открывает газопропускные отверстия 10, формирующие радиальное направление потока газообразных веществ в скважине, где под действием диспергации раствора ПАВ про 25 к оси, герметичная муфта 9 перемещается вниз и перекрывает газопропускные отверстия 10, Происходит разгерметизация рабочей зоны. При этом раствор ПАВ 13 под 30 действием гидростатического давления устремляется по кольцевому каналу между стенками скважины и запорным рукавом 8 и вновь заполняет рабочую зону, частично проникая в образовавшиеся трещины гид роразрыва, раскрытость которых сохраня 40 45 50 55 что обеспечивает .интенсивность ее развития. 5 10 15 20 исходит образование пены высокого давления. Установлено, что при радиальном потоке газа обеспечивается наиболее эффективное пенообразование. По этому принципу устроены как отечественные так и зарубежн ые пеногенераторы. Благодаря эффективному формированию пены в локальной рабочей зоне мгновенно достигается высокое давление, превышающее сопротивление горной породы разрушению, и происходит инициация трещин гидроразрыва, Эффективность гидроразрыва повышается за счет низкой фильтрации пены, обладающей высокой эффективной вязкостью, даже в высокопроницаемом массиве и вся энергия затрачивается на развитие трещины гидроразрыва. После отработки первой секции порохового заряда давление в сосуде 1 снижается, поршень 5 под действием пружины 6 перемещается вниз, несжимаемая жидкость перетекает через дроссельные отверстия 11 во внутреннюю надпоршневую полость сосуда 1, давление на запорный орган снижается и эластичный рукав перемещается радиально ется благодаря особым свойствам пены,За это время поддействиемтермитной шащв, или следующим электровоспламенителем инициируется к самоокислению очередной пороховой заряд. Цикл повторяется и вновь сформированная пена в рабочей зоне последовательно усиливает эффект гидроразрыва, поскольку энергия затрачивается на развитие уже образовавшейся трещины под воздействием первого заряда. Эффективность предложенного способа гидроразрыва многократно повышается благодаря генерации пены йе только в рабочей"зоне, но и непосредственно в образованных трещинах, в которые подается раствор ПАВ из рабочей зоны при ее разгерметизации, а газообразные вещества при последующей инициации заряда. При этом создают направленное давление на берега трещины,благодаря размещению нескольких последовательныхсекционных пороховых зарядов с изменяющейся интенсивностью развиваемого давления предложенный способ и устройство обеспечивают высокоэф- .фективный гидроразрыв горных пород пеной с образованием трещин гидроразрцвапрактически любой заданной протяженности с большой площадью берегов, что 5очень важно при создании циркуляционных систем при использовании тепла Земли. Предлагаемый способ и устройство длягидроразрыва горных пород имеет ряд преимуществ перед известными. Прежде всего 10обеспечивается высокая эффективность ибольшая протяженность гидроразрыва засчет интенсивного формирования йены врабочей зоне, где задается резкий рост давления и мгновенная инициация трещий, 15протяженность которых задается многоцикличной генерацией пены высокого давлениянепосредственно в трещинах, где действуетнаправленное давление на их берега,При использовании предлагаемого спосаба и устройства можно производить несколько гидроразрывов в стволе скважины,для этого необходимо перемещать устрой-.,ство на заданный интервал перед каждойинициацией самоокисления последующей 25порохового заряда. Формула изобретения1. Способ гидроразрыва горных пород, включающий заполнение продуктивной зо ны пенообразующим раствором, создание высокого давления на стенки скважины путемвоздействия газообразными продуктами сгорания с образованием в приэабойной зоне пены высокого давления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности способа эа счет возможности формирования трещины большой протя-. женности, после заполнения скважины пенообразующим раствором в призабойной зоне создают герметичную рабочую зону ее отделением от вышележащего столба жидкости, а пену высокого давления создают после формирования рабочей зоны непосредственно в трещинах, при этом пенообразующий раствор иэ рабочей зоны нагнетают в трещины после ее разгерметизации.2. Устройство для гидроразрцва горных пород, включающее связанный с кабелем. корпус, размещенные-в корпусе пороховые заряды, электровоспламенители замедленного действия и пакер, отл ича ю ще еся тем. что, с целью повышения эффективности работы устройства за счет формирования трещин большой протяженности, оно снабжено подпружиненным поршнем и установленной на корпусе муфтой, в корпусе выполнены дроссельные отверстия длясоединения надпоршневой полости с внутренней полостью пакера, приэтом пакер выполнен в видеразмещейного на корпусе эластичного рукава, который жестко связан одним концом с корпусом, а другим - с муф- . той, герметично перекрывающей и открывающей при продольном перемещении гаэопропускные отверстия, выполненные в подпоршневой полости корпуса над пороховыми зарядами, при этом надпоршневая полость корпуса и внутренняя полость пакера заполнены несжимаемой жидкостью,1781419 Составитель Н, СлюсаревТехред МЛоргентал Корректор Н, Ревска кторроиз дственно-издательский комбинат Патент", г. Ужго Гагарина, 101 Заказ 4262 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета па изобретениям и открьпиям при ГКНТ С 113035, Москва,Ж, Раущская наб., 4/5