Устройство для гидроразрыва пласта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 709078 А 51)5 Е 21 В 43/26 БР ИСАНИ НИЯ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Ленинградский горный институт им,Г,В,Плеханова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГИДРОРАЗРЫВАПЛАСТА(57) Изобретение относится к нефтегазодобывающей пром-сти. Цель - повышение эффективности работы устр-ва за счетвозможности снижения фильтрационныхутечек жидкости разрыва. Устр-во содержитсвязанный с колонной насосно-компрессорных труб(НКТ) 1 полый цилиндрический баллон (Б) 2, на наружной поверхности котороговыполнен ослабленный участок в виде осеИзобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для гидроразрыва пласта,Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства за счет возможности снижения фильтрационных утечек жидкости разрыва,На фиг, 1 показана установка цилиндрического тела, имеющего форму баллона в избранном интервале скважины; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема процесса гидроразрыва; на фиг.4-сечение вой канавки (К) 3. При этом Б 2 выполнен из сплава, который обладает упруго-деформирующими свойствами. На колонне НКТ 1 в скважину 4 опускают Б 2. Подают жидкость разрыва в Б 2, На начальном этапе давление растет до значения деформации Б 2, Деформация сопровождается стабилизацией давления. С облеганием стенками Б 2 стенок скважины давление вновь начинает возрастать и на горную породу действует напряжение. Возникающая пластическая деформация сопровождается дроблением зерен с образованием трещин, Деформация горных пород осуществляется до их предельного состояния. Процесс пластической деформации сопровождается стабилизацией давления, Далее давление увеличивается до величины разрушения К 3. Разрушение К 3 сопровождается образованием трещины гидроразрыва. Устр-во позволяет создавать трещины в любом участке скважины изменением положения К 3 по азимуту. 6 ил. 5 - график изменения гидроразрыва; на фиг. ии способа,чает связанный с копрессорных труб (НКТ) ский баллон 2, на накоторого выполнен освиде осевой канавки 3: из сплава, который обмирующими свойствах свойств может быть ием баллона из сплава Б-Б на фиг. 3; на фиг давления в процессе 6 - пример реализацУстройство вклю лонной насосно-ком 1 полый цилиндриче ружной поверхности лабленный участок в Баллон 2 выполнен ладает упруго-дефор ми. Придание таки достигнуто выполнен5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 нитинол и термопластической обработкой.Баллон имеет диаметр поперечного сеченияменьше диаметра скважины не менее 2/3величины радиальной упругой деформациипродольных стенок.Устройство работает следующим образом,Баллон 2 на колонне НКТ 1 спускают вскважину 4 (фиг. 1). Для обеспечения зарождения трещины гидроразрыва в заданномнаправлении паз 3 ориентируют по соответ ствующему азимуту (фиг, 2), По НКТ 1 с помощью насосной установки (на чертеже непоказана) в баллон 2 нагнетают жидкостьразрыва 5,. В начальном этапе при закачке жидкости гидроразрыва давление плавно растетдо значения деформации цилиндрическоготела - кривая ОА. Нагнетанием жидкостигидроразрыва обеспечивают цилиндрическому телу деформацию е радиальном направлении и плотное облегание наружной поверхностью стенок скважины 4. Этот процесс характеризуется стабилизацией давления - кривая АВ. Дальнейшим нагнетанием жидкости гидроразрыва осуществляют передачу напряжения горным породам в локальной зоне стенками цилиндрического тела, при этом прочность баллона по ослабленной продольным пазом части позволяет развивать давление и радиальную деформацию боковых стенок до предельного состояния горных пород, Этот процесс характеризуется резким повышением давления - кривая ВС. При этом исключаются фильтрационные участки жидкости гидро- разрыва, благодаря чему уменьшаются энергозатраты и время развития давления разрушения горных пород. Боковые стенки цилиндрического тела, передавая напряжение горным породам через стенки скважины, создают "всестороннее" сжатие, которое способствует возникновению пластической деформации. В горных породах пластическая деформация сопровождается дроблением зерен с образованием трещин,Таким образом цилиндрическое тело под действием радиальной деформации создает предельное напряжение горных пород в локальной кольцевой зоне аналогично действию гидроклина, Процесс г 1 ластической деформации характеризуется стабилизацией давления на сравнительно коротком промежутке времени - кривая СО.Третий этап гидроразрыва создают увеличением давления жидкости гидроразрыва до критического, превышающего прочность цилиндрического тела по ослабленному продольным пазом участку, по которому в сотые или тысячные доли секунды происходит разрыв баллона с мгновенным ударомструи в ограниченной зоне контакта с горными породами, Этот процесс характеризуется пиковым скачком давления - криваяОЕ. Разрыв баллона по продольному пазуобеспечивает мгновенную скорость нагружения и время приложения концентрированно направленной гидродинамическойэнергии (импульс), благодаря чему создается удельное давление на порядок (и даженесколько порядков), превышающее давление разрушения, к тому же предварительнонапряженных горных пород в деформируемом объеме нагруженной поверхностью цилиндрического тела, при этом процессгидроразрыва усиливается гидромониторным эффектом, что в совокупности создаетмгновенное зарождение трещины гидроразрыва, характеризующегося резким спадом давления - кривая ЕР.Дальнейшей закачкой жидкости обеспечивают напряжение деформации на стенках скважины, удерживающее трещину враскрытом состоянии и давление на уровнеразвития трещины (кривая Щ, Создаетсялавинный процесс разрушения массива поддействием аккумулированной энергии, поскольку вся работа жидкости, проникающейв развивающуюся трещину затрачиваетсяна разрушение среды. Эффективный факторразрушения горных пород позволяет получать трещины гидроразрыва большой протяженности, ограничивающихся, посуществу, только временем приложения нагрузки.При завершении гидроразрыва закачкужидкости прекращают (давление в системепадает), и цилиндрическое тело под действием упругой деформации приобретает первоначальное состояние - свободноизвлекается на поверхность,Устройство позволит получать гидроразрыв в определенном направлении, поскольку трещина может зарождаться толькочерез разрыв продольного паза ослабленияв цилиндрическом теле, который при спускев скважину ориентируется по заданномуазимуту, и задавать размеры вертикальнойтрещины регулированием длины продольного паза ослабления при соответствующихразмерах цилиндрического тела,Выбор диаметра баллона меньше диаметра скважины не менее 2/3 величины радиально упругой деформации продольныхстенок определяется необходимостью обеспечения свободного прохода в скважине,степенью деформаций до предельных значений горных пород, которая практическидля всех типов не превышает 0,2;, скоро- .стью, а также направлением деформациинепосредственно самого цилиндрического тела,Серией экспериментов на блоках-моделях установлено, что при ограничении диаметра баллона по отношению к диаметру скважины ниже значения 2/3 полной радиальной деформации продольных стенок эффект гидроразрыва резко снижается, но в то же время практически не изменяется при больших значениях, в частности, 3/4 или 5/6 этой величины.При гидроразрывах, проведенных с применением диаметров баллонов меньше диаметра скважин 2/3 величины упругой радиальной деформации (в частности при значениях 1/2), паз ослабления, являющийся концентратором напряжений, не разрывается по всей его длине.Устройство опробировалось экспериментально на блоках-моделях из мрамора и плексигласа размером 350 х 350 х 350 мм, а также гранита - 900 х 900 х 900 мм.Продольным стенкам цилиндрического тела в виде баллона длиной 150 мм и диаметром 12 мм предварительно придавались упруго деформационные свойства с радиальной деформацией в пределах 1,5-1,8 мм. Ослабленный участок формировался по наружной поверхности пазом длиной 100 мм, который ориентировался в заданном направлении зарождения трещины гидро- разрыва при установке баллона в шпур диаметром 13 мм, пробуренный в центральной части верхней поверхности блока-модели на глубину 250 мм. (Диаметр баллона задавался меньше диаметра скважины на 2/3 величины радиальной упругой деформации). Баллон герметично соединялся трубопроводом высокого давления с системой закачки жидкости гидроразры ва. Необходимое давление рабочего агента создавалось специальным гидроцилиндром через мультипликатор с повышением от 16 до 100 МПа. Процесс зарождения и развития трещин фиксировался пьезоэлектрическим датчиком акустической эмиссии (кривая 6 на фиг, 6, фиг, 7, фиг. 8), а давление - датчиком, собранным по схеме тензомоста(кривая 7 на фиг. 6, фиг, 7, фиг, 8), Сигналы датчиков синхронно регистоировались планшетными двухкоординаными потенциометрами типа ПДП-002, в которых координата времени задавалась генератором линейного напряжения, Полученные диаграммы четко10 35 40 45 50 15 20 25 30 фиксируют характерную связь давления флюида с этапами гидроразрыва, На фиг, 6 отражена фактическая диаграмма процесса заявленного способа гидроразрыва, выполненного на модели иэ мрамора, В начальном этапе нагнетания флюида давление плавно растет до значения 5,7 МПа (кривая 7 участок ОА), при котором обеспечивается реформация баллона в радиальном направлении, Стабилизация давления на участке АВ характеризует период деформации баллона в радиальном направлении и облегание наружной поверхности стенок шпура, о чем свидетельствуют незначительные всплески сигналов датчика акустической эмиссии (кривая 6), Дальнейшее нагнетание жидкости гидроразрыва обеспечивает деформацию боковых стенок баллона передающим напряжение стенкам шпура до предельного состояния, что характеризуется резким повышением давления от 5,7 до 17,4 МПа (участок ВС, кривая 7) и последующий переход к процессу пластической деформации, для которого характерна стабилизация давления на ограниченном промежутке времени участок СО. Процесс пластической деформации прослеживается резким скачком сигнала датчика акустической эмиссии в тот же момент времени, Дальнейшее нагнетание флюида приводит к резкому скачку давления до 23 МПа (участок ОЕ), обеспечивающего разрыв баллона по ослабленному пазом участку, что способствует мгновенной скорости нагружения и времени приложения концентрированно направленной гидродинамической энергии,благодаря чему происходит мгновенное зарождение трещины и разрыв(доли секунды) образца (всплеск сигнала на кривой 6) и последующее быстрое падение давления(кривая ЕЕ),Формула изобретенияУстройство для гидроразрыва пласта,включающее связанный с колонной труб полый цилиндрический баллон с ослабленным уцастком, отл ича юще ес ятем, что,с целью повышения эффективности работы устройства за счет возможности снижения фильтрационных утечек жидкости разрыва,цилиндрический баллон выполнен из сплава с упруго-деформирующими свойствами, а ослабленный участок выполнен в виде осевой канавки на наружной боковой поверхности баллона,.Зубиет оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул. Гагарина, 101 Составитель Т.УмариевГехред М.Моргентал каз 415 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по иэобре 113035, Москва, Ж, РаушПодписноениями открытиям при ГКНТ ССС я наб 4/5