Глубинная пушка для гидравлического разрыва пласта

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН НИЕ ИЗОБРЕТЕН О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(57) ГЛУБИННАЯ ПУШКА ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАЗРЫВА ПЛАСТА, содержащаяустановленную в обсадной колоннескважины колонну насосно-компрессорных труб с боковым каналом, сообщающим ее полость с затрубным пространством, жестко связанный с нижнимконцом колонны насосно-компрессорных ЯО 122132 51) 4 Е 21 В 43/26 труб полый корпус с мембраной вверхней части и плунжером в нижней,образующие герметичную камеру, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью увеличения мощности гидроударного воздействия на пласт и предотвращения повреждения обсадной колонны, она снабжена циркуляционнымклапаном для перекрытия боковогоканала насосно-компрессорных труб иустановленной в колонне насосно-компрессорных труб между циркуляционнымклапаном и мембраной подвижной в осевом направлении разделительной пробкой, при этом полость насосно"компрессорных труб между разделительнойпробкой и мембраной заполнена жидкостью со сжатым газом.1 1221Изобретение относится к устройствам для гидравлического разрывапласта и может быть использовано вдобыче нефти, газа и геотермальных вод. 5Целью изобретения является увеличение мощности гидроударного воздействия на пласт и предотвращениеповреждения обсадной колонны.На Аиг.1 показано устройство для 1 ргидравлического разрыва пласта впроцессе спуска в скважину (глубинная пушка), общий вид; на фиг,2 -установка разделительной пробки ициркуляционного клапана над газожидкостной камерой.Устройство имеет имплозивную камеру (полый корпус) 1 с плунжером 2,содержащим обратный клапан 3 с мембраной 4 в верхней части, газожид Окостную камеру, образованную секцией 5 колонны насосно-компрессорныхтруб, содержащей ударный столб 6жидкости и столб 7 сжатого газа, иограниченную подвижной разделительной пробкой 8 сверху и мембраной 4снизу, на газожидкостную камеру 5навинчен нижний переходник 9 циркуляционного клапана 10, а между переходником 9 и переходником 11 сщелевыми окнами 12 зажато упорноекольцо 13. Переходник 11 соединенс колонной насосно-компрессорныхтруб (НКТ) 14.Подвижная разделительная пробка8 имеет в своей нижней цилиндрической части 30-40 отверстий диаметромпо 3-4 мм и содержит набор кольцевыхманжет 15 (3-4 шт), закрепляемыхна корпусе с помощью дистанционныхвтулок 1 б и резьбовой гайки 17, а40также эластичный ниппель 18, упругообтягивающий перфорированный участокпробки 8 (вместо ниппельной системы может быть обратный клапан наприф45мер, пилотного типа),Элементы устройства собирают при их спуске в скважину. Перед спуском в скважину корпуса 1 в нем предварительно создают относительный вакуум известным методом. Для этого, например, к корпусу 1 с плунжером 2 снизу присоединяют трубу длиной не менее 10 м с заглушенным торцом и корпус и трубу заполняют водой. Затем корпус сверху герметично закрывают мембраной 4, заглушку нижней трубы снимают, при этом вода .из кор 328 2пуса 1 вытекает через обратный клапан 3 плунжера 2 и в корпусе 1 создается вакуум, а в нижней трубе остается 10 м водяного столба, компенсируя атмосферное давление. Эту трубу отсоединяют от корпуса 1 и его спускают в скважину.К корпусу 1, спущенному в скважину, сверху наращивают газожидкостную камеру 5, представляющую собой секцию НКТ 14, имеющую внутренний диаметр, равный внутреннему диаметру корпуса 1. В этой камере высота столба 6 жидкости равна 15-30 м, а высоту Ь столба 7 сжатого газа, закачиваемого через патрубок 19, подбирают так, чтобы непосредственно перед разрушением мембраны 4 высота этого столба также была равна 15- 30 м. Это условие соблюдается при+Р сР1где Ь, = 15-30 м,р - плотность жидкости вскважине, кг/м,- ускорение силы тяжести,м/с 2Н, - глубина установки газожидкостной камеры вскважине для разрывапласта, м,Р,8 - избыточное давление наустье скважины для разрушения мембраны, Па,Р - предварительное (начальное) давление газа вгазожидкостной камере,Па.С газожидкостной камерой 5 соединяют циркуляционный клапан с упорным кольцом, установив непосредственно под ним разделительную пробку 8. Через патрубок 19, осевойканал и эластичный ниппель (клапан)разделительной пробки 8 в гаэожидкостную камеру 5 вводят газ (азотили воздух) и создают вней предварительное (начальное) давлениегаза Р,. Отворачивают патрубок 19от корпуса разделительной пробки8 и наращивают сверху циркуляционного клапана колонну НКТ 14, циркуляционный клапан располагают противподошвы пласта, по мере спуска вскважину разделительная пробка 8опускается все ниже в давление столба 7 сжатого газа в газожидкостнойкамере 5 выравнивается с гидростаЧ= плотность ударного столбажидкости, кг/м,- высота ударного столба жидкости в газожидкостной камере, м;- ускорение силы тяжести,м/с; где 3тическим давлением столба жидкости в скважине 20.Обратной циркуляцией из кольцевого пространства скважины 20 через циркуляционный клапан в канал НКТ 14 глинистый раствор в скважине 20 замещают легкой жидкостью и интенсивно промывают интервал фильтра, например, углеводородным растворителем (в нефтяных скважинах) или водным раствором ПАВ (в геотермальных скважинах).После этого устройство приподнимают вместе с колонной НКТ 14 так, чтобы плунжер 2 корпуса 1 оказался против глубины, на которой намечается произвести гидроразрыв пласта 21.Закачкой продавочной жидкости в колонну НКТ 14 (при этом за счет перепада давления клапан 10 закрывается, разобщая канал НКТ 14 от скважины 20) повышают давление на мембрану 4 на величину Ри разрушают ее.После разрушения мембраны 4 ударный столб 6 жидкости из газо- жидкостной камеры падает в корпус 1 разгоняемый в ней столбом 7 сжатого газа и с высокой скоростью бьет в плунжер 2, который легко отделяется от корпуса 1 и, в свою очередь, ударяет на жидкость под собой в зоне продуктивного пласта 21. (Для извлечения плунжера 2 и разделительной пробки 8 при подъеме колонны НКТ 14 к корпусу 1 снизу можно присоединить на резьбе ловитель-фонарь с захватным дном)Скорость падения ударного столба 6 жидкости в корпус 1 на каждом отрезке пути перемещения г обусловлена действием силы тяжести пщ этого столба, силы давления Р сжатого газа и с учетом силы трения на длине 1 ударного столба жидкости определяется по формуле1221 З 28 Р - давление сжатого газа вгазожидкостной камере в момент разрушения мембраны, Па,Ь, - высота столба сжатого газав газожидкостной камерев момент разрушения мембраны, м;г - высота имплозивной камеры(полой трубы) - длина путипадения ударного столбажидкости в имплозивной камере - от разрушения мембраны до плунжера (отрезки пути перемещений ударного столба жидкости послеразрушения мембраны), м; й - внутренний диаметр поперечного сечения газожидкостной и имплозивной ка 20 мер, м.) - коэффициент сопротивленияпадению жидкостиф для тур 0,3164,булентного режима 1фЙе для воды= 0,025Давление гидравлического ударарассчитывается по формуле Н.Е. Жуковского30 Р,= рста где а1200 м/с - скорость распространения продольных упругих., колебаний давления в скважине, После разрушения мембраны закрывают затрубные задвижки фонтанной Так как боковой гидравлическийимпульс давления на прискважинную 40зону пласта 21 при этом значительно превышает величину вертикальногогорного давления, то происходитрасширение существующих трещин.ивозникают новые трещины в пласте.45Импульс давления расходуется нарасширение и создание трещин в пласте, поэтому упругие волны давленияразрежения в скважине не распространяются или имеют небольшую амплитуду, не представляющую опасность для крепи скважины. Однако иэти колебания в зоне продуктивногопласта поглощаются сжатым газом,выталкиваемым из корпуса в скважинусразу после гидравлического удара.арматуры на устье скважины и определяют приемистость пласта 21.Гри удовлетворительной приемистостипласта в него закачивают 3-10 мвысококонцентрированной солянойкислоты (в карбонатные породы) илиглинокислоты (в терригенные отложения) из расчета 0,2-0,5 м на1 м мощности пласта. Скважину оставляют при закрытых задвижках на30-60 мин для реакции кислоты с породой пласта, после чего открываютзадвижки и снижением уровня жидкости в колонне НКТ 14 на 500-800 мкомпрессором очищают прискважиннуюзону пласта от продуктов реакциикислоты с породой с одновременным 1 О вызовом притока из пластов,1221328 Заказ 1560/38 Тираж 548 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5