Способ гидроразрыва пласта

(21) 4722421/03 . (22) 24.07,89 (46) 07.07,92, Бю (75) А.В. Бакули(53) 622.276 (088 (56) Гадиев С.М забойную зону жин. М.: Недра,л. %25 н и 5.Н, .8) идр. 8 нефтян 1966, с,акул оздействих и Гдэо48, 87. на прих скваГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ГИДРОРАЗРЫ 5 А ПЛАСТА (57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при интенсификации горно- и геотехнологических процессов, в частности при подземном аыщелачивании. Цель изобретения - повышение эффективности способа, Сущность: на удалении от скважины, предназначенной .для гицроразрыва в 3-5 длины волны, бурят . скважины, определяют векторы максимального и минимального главных напряжений, размещают в них невзрывнце пневматиче-Изобретение относится к области горного дела и нефтедобычи и может быть ис; пользовано для интенсификации гео- игорнотехнологических процессов.Известен способ гидроразрцва пластагорной породы, включающий бурение скважин, обустройство их устьевой арматурой, нагнетание в скважину под давлением рабочих жидкостей посредством гидроимпул ьса тора.Способ трудоемок. нетехнологичен. обладает низким КПД передачи энергии в массив от гидроимпульсатора, Известен также способ гидрораэрыва пласта. при котором определяют направления главных напряжений е породном массиве с созданием трещин, ориентированных в направлении действия минимального главного напряже 2ские источники, ориентируют их оси в направлении действия минимального главного напряжения, заполняют скважины упруговязким телом, возбуждают в массиве горных пород колебания в диапазоне от 60 до 1500 Гц, вначале приводят массив в неудароопасное состояние закачкой в него разупрочняющих растворов, а затем переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний горного массива. приводят массив вудароопасное состояние, переходят на частоту воздействия, равную частоте собственных колебаний жидкости в скважине, и нагнетают в скважины рабочие жидкости с расклинивающими агентами, что позволяет значительно повысить эффективность гидроразрцва, уменьшить усилие разрывных пород, увеличить площадь разрыва пород по сравнению с имеющимися классическими способами гидроразрыва. 5 з.п. ф-лы.лаевЪния, путем нагнетания в скважину под давлением рабочей жидкости в пульсирующемрежиме и вибровоздействия на пласт..Известный способ также трудоемок, нетехнологичен, не учитывает структурныхособенностей пласта, не позволяет рабо- (зтать в выбранном диапазоне частот - резо- Ынансном режиме для пласта в режименакопления упругой энергии при закачке еев пласт при неизменных контактных условиях.Цель изобретения - повышение эффективности способа,Поставленная цель достигается тем, чтосогласно способу вибровоэдействия осуществляют сначала путем приведения массивагорных пород в колебательное состояние вдиапазоне 60-1500 Гц в течение времени,необходимого для смены деФормаций сжатия деформациями растяжения и одновре; менного нагнетания в скважинуразупрочняющих рвстворов. затем проводят колебательный процесс горного масси. ва при частоте, равной частоте егособственных колебаний в течение времени,. при котором напряжения в упругой волне- достигнут значений не менее геостатического от веса вышележащих пород. после- чего переходят на частоту воздействия, рав. ную.частоте собственных колебаний рэбо. цей жидкости,Амплитуду давления в упругой волнеопределяют из выраженияА И. - Ц 0015 Р.Ч)1/3/В (1- а появляющееся при этом знакопеременное-давлсние в упругой волне определяют из:дм;. ; . Рглубина размещения источника в.х - . путь, проходимый волной, м,в :.:=:При вибровоздействиях на пласт осу.ществляют регистрацию сейсмоакустичевскихмолебаний..ииспользугот смесь 1 О-ного раствора карба"мида и 2 О-ного раствора сульфосалицилолвой: кислоты или горячие растворысгидроакиси натрия или гидроокиси натрия с= ьщФнолом или ниэкотемпературные хладог Фгенты:с термодинамическим воэдействипем= Предел прочности отрыва горных породвоод действием приложенных нагрузок определяют из выражения-,-, И,-(Кп /л) (3)причем критерий распространения трещинтз.торном массиве выбирают из выраженияд - - Ио(Кп) /л (4)сгйе. Ко - модуль сцепления горных пород,г.Радиус разгрузки горного дввленияг:Вследствие плвстической деформации длянУПругопластических и пористых пород вы - бирают из выраженияг 0,61 ехр 2 К (5)2 Кн где рь - удельный вес вышележащих пород; 5 р - удельный вес жидкости; Н - глубина залегания пласта. м;Кп - предел текучести при сдвиге. Способ осуществляют следующим образом. 10 С помощью датчиков давления горных пород, устанавливаемых в контрольную скважину, определяют поле напряжений и главные векторы п 1 и 02 в породном массиве, где нужно осуществить гидрораэрыв.НФ удалении 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив, бурят в горном массиве 1 скважины ф 300-500 мм и глубиной 5-12 м. размещают в них невзрывные пневматические источники 4, причем направление воздействия совпадает с одним иэ главных напряжений в породном массиве, т.е. оси источников ориентируют в плоскости, проходящей через линию действия минимального главного напряжения. Максимальный диаметр скважины и ее глубину выбирают исходя из оптимальных условий возбуждения сейсмических колебаний в горном массиве на частотах 60 - 1500 Гц, при которых имеет место "максимальная" закачка упругой энергии в тело горной выработки; составляющая 3-9% всей энергии. поступающей в источник от компрессора высокого давления (от 60 до 300 Фтм). Глубина скввжины оптимальна ве личине давления, оказываемого столбом упруговяэкого материала, которым заполняют скважины после размещения в ней источника, В качестве упруговяэкого тела используют мокрый штыб. воду, буровую мелочь вперемешку с водой, мокрый кварцевый песок и другие минеральные добавки.Давление на источник в скважине определено экспериментально в морской сейсморазведке и составляет для диапазона 60 - 1500 Гц от 5 до 12 м. Скважины бурят на удалении 3-5 длин волн основной частоты, излучаемой в массив, причем исходя из условий волнового подобия при скорости Р- волн в массиве, равной 3000 м/с, их длина волн на частоте 60 Гц равна 50 м, на частоте 1500 Гц 2 м, что на удалении 3-5 длин волн составляет в среднем 50-150 м. Это обусловлено тем, что на таких удзлениях от источника поле упругих напряжений, генерируемое им, распределено равномерно, в то время как на удалениях. ровных или меньших длины волны, оно неравномерно.Время вибровоздействия - время синхронной работы группы источников, регулируемое посредством электронного пульта управления зависит от обоодненности горного массива и геомеханических условий его залегания.Перед проведением гидрораэрыва вскважину нагнетают разупрочняащие растворы в совокупности с вибровоздействиями в диапазоне 60-1500 Гц, приводят локальный участок горного массива в возбужденное состояние, причем вибровоздействия осуществляют в течение времени, при котором произойдет смена деформаций сжатия деформациями растяжения, что соответствует достижению оптимальной проницаемости пород в массиве, после чего переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний горного массива, и осуществляют их в течение времени, при котором напряжения в упругой знакопеременной волне не достигнут значений, равных не менее геостатического . давления от веса вышележащих пород, после чего переходят на частоту вибровоздей,ствия, равную частоте собственных колебаний рабочей жидкости, нагнетаемой гидроимпульсатором, т.е. гидрораэрыв осуществляют в резонансном режиме и вибро. воздействия осуществляют в несколько . этапов; вначале в диапазоне 60-1500 Гц сучетом структурных особенностей горного массива.При скорости Р-волн в массиве 3000 м/си длинах волн от 2 до 50 м неоднородности,слагающие массив(их размеры находятся в пределах от 2 до 50 м), сопоставимы с длинами волн, что является одним из условий волнового подобия (вэаимодействия волны с неоднородностью). Если длина волны соизмерима с размерами неоднородности или. меньше ее, то взаимодействие упругой вол - ны позволяет "раскачать" локальный участок горного массива и привести в возбужденное состояние для повышениягидро- и аэродинамических свойств пород иповышения проницаемости пород в массиве.Для того, чтобы облегчить эту "работу"приведения локального участка горного массива в возбужденное состояние, нагнетают в совокупности с вибровоздействиями в пласт разупрочняющие растворы, содержащие ПАВ, причем ПАВ выполняют работу сил расширения, и делают поры и трещины пород сообщающимися, т,е. увеличивают проницаемость горного массива и при смене деформаций сжатия деформациями растяжения, достигают оптимальной проницаемости горного массива, например, для скальных пород проницаемость, при обычных условиях равная 0.02 МДарси, 5 10 возрастает при вибровоэдействиях от 4,6 до 7,8 МДарси, Затем переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте собственных колебаний горного массива, и осуществляют вибровоздействия в течение времени, при котором напряжения в упругой знакопеременной волне не достигнут геостатического от веса вышележащих пород, после чего вибровоздействия прекращают, переходят на частоту. нагнетаниИ рабочей жидкости в скважину и вибровоздействия осуществляют в резонансном режиме до тех пор, пока не произойдетгидрораэрыв и не появится магистральная15 трещина,Для избежания динамических проявлений. горного давления до. во время и послевибровоэдействия осуществляют контрольза напряженно-деформированным состоя 20 нием пород в массиве в совокупности с контролем трещин отрывасейсмоакустическими методами исследований или с помощью электрокаротажа.Для разупрочнения горных пород во25 время гидроразрыва в совокупности с вибровоздействиями в зависимости от типа пород используют смесь 1 ф/,-ного растворакарбамида и 2;ь-ного раствора сульфосалициловой кислоты или горячие растворы гид 30 роокиси натрия или гидроокиси натрия сметанолом или низкотемпературных хладоагентов с термодинамическим воздействием, причем, предел прочности отрыва породпод действием приложенных нагрузок опре 35 деляют из выражения Мсм .(К/л), взяв закритерий распространения трещин в горном массиве соотношение МКл)/ л, гдеКл - модуль сцепления горных пород,Для упругопластических и пористых по 40 род пластическая деформация, приводит куменьшению местных напряжений, и радиус разгрузки горного давления выбирают. иэсоотношенияФ - Н45 .2 Клг 0.61 ехр7где /Ъ. - удельный вес вышележащих пород,Ф а,О удельный вес жидкости;Н - глубина залегания пласта, м;Кл - предел прочности при сдвиге.При уменьшении глубины залеганияпласта и увеличении Кл, как видно из формулы, область разгрузки резко уменьшается, инаоборот. Для глубин 200-400 м радиус зоны разгрузки невелик и практически имеетодин и тот же порядок с радиусом скважины.следовательно, пластическая деформация ватом случае несущественна. Сущность изобретения состоит в том, что под воздействи,Уем мощных вибрационных нагрузок в горных породах имеет место миграция флюидов-жидкостей и газов, содержащихся впорах и трещинах, Это приводит к изменению порового давления и, как следствие, кизменению прочностных свойств горныхпород, окружающих эти поры и трещины,т.е, к перераспределению поля упругих напряжений на пути мигрирующих флюидов,Это явление назвали упругим миграцитнымгеоэффектом, Он имеет место в любых диапазонах частот - от герц до мегагерц, Подвоздействием упругих волн миграция флюидов происходит в сотни и тысячи раз быстрее, чем в отсутствие упругих волн.Размещение источников по предлагаемому способу позволяет;создать оптимальные условия для возбуждения упругих волн в выбранном диапа, зоне частот;(управлять состоянием и свойствами пород в массиве;повысить проницаемость горных породи увеличить гидро- и аэродинамическиесвойства горного массива. а следовательно,например, при добыче нефти и газа повы сить их дебит (извлечение) иэ скважины;повысить эффективность гидроразрываснизить прочность пород при отрыве иувеличить более чем на порядок площадьгидроразрыва,П р и м е р. Прочность пород на глубине420 м составляет 660 кг/см .Для приведения горного массива в возбужденное состояние используют четыреисточника "Пилон" с параметрами: давление в источнике 100 кг/см; объем камерыг,давления в источнике 10 дм; глубина разз,мещения источника 10 м.По формуле (1) определяют амплитудудавления в волне Анпи = 6.1 10 кг/см и для-г гтого, чтобы развить давление в упругой волне не менее геостатического, нужно совершить й = (660 кг/смг)/(6.1 10 г кг/смг) --=1,1 10 вибровоздействий, и, воздействиятаким давлением на горный массив, нагнетают в породы разупрочняющие растворы.При смене деформаций сжатия деформациями растяжение переходят для скальных пород на частоту вибровоздействия 200-400Гц и воздействуют ею в течение времени,при котором давление в волне не достигнеггеостатического, после чего вибровоздействия осуществляют на частоте нагнетания рабочей жидкости в скважину. Прочностьпород за счет нагнетания ПАВ и виброобрзботки снижается на 20-40 по сравнениюсо случаем, когда виброобработка не осуществляется, и площадь гидроразрыва увеличивается от 1.7 до 3.9 Газ для скальных пород.Использование изобретения позволит,повысить эффективность способа, улучшить5 его параметры по сравнению с классическими способами без использования вибровоздействий, что значительно сокращаетрасходы электроэнергии и материалов иснижает время проведения эксперимента.10 Формула изобретения1, Способ гидроразрыва пласта, при ко-тором определяют направления главных напряжений в породном массиве споследующим созданием трещин, ориенти 15 рованных в направлении действия минил 1 ального главного напряжения путемнагнетания в скважину под давлением рабочей жидкости в пульсирующем режиме ивибровоздействия на пласт, о т л и ч а ю щ и й 20 с я тем, что, с целью повышения эффективности способа. вибровоздействие осуществляютсначала путем приведения массива горныхпород в колебательное состояние в диапазоне 60 - 1500 Гц в течение времени, необхо 25 димого для смены деформаций сжатиядеформациями растяжения и одновременного нагнетания в скважину разупрочняющих растворов. затем проводятколебательный процесс горного массива30 при частоте. равной частоте его собствен-,ных колебаний в течение времени, при котором напряжения в упругой волне достигнутзначений не менее геостатического давления от массы вышележащих пород, после35 чего переходят на частоту воздействия, равную частоте собственных колебаний рабочей жидкости.2. Способ поп.1 отл ича ю щийсятем, что амплитуду давления в упругой вол 40 не определяют из выраженияАИнои =й 0.015 (Ри Ч) /В,а появляющееся при этом знакопеременноедавление в упругой волне определяют извыражения45 Р = Ро ф А С р в сов (в с -Х/С).где М - количество виброисточника в группе, шт;Р - давление в источнике, кг/см:2,Ч-объем камеры давления в источнике,50 м;В - глубина размещения источника вскважине, м;Ро - геостатическое давление, кг/см 2:А Инпар - амплитуда давления в первой55 полуволне;С - скорость упругой волны, м/с;р- плотность среды. кгlм;з,й) - частота колебаний, 1/сс- время, с;1745903 10 р - удельныи вес жидкости (в зН - глубина залегания пласта, м; Кл - . предел текучести при сдвиге,Составитель А.Симецкаяедактор В,ДанкоТехред М.Моргентал Корректор О.Кравцова Заказ 2372 ТиражПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 Х - путь, проходимый упругой волной, м, 3, Способпо п.1, отл ичающи йся тем, что при вибровоздействиях на пласт осуществляют регистрацию сейсмоакустических колебан 1 й.4. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве раэупрочняющих растворов используют смесь 1;-ного раствора карбамида и 2"-,4-ного раствора сульфосалициловой кислоты, или горячие растворы гидроокиси натрия и гидроокиси натрия с метанолом, или низкотемпературные хладоагенты с термодинамическим воздействием.5, Способ по п.1. от л и ч а ю щ и й с я тем, что предел прочности отрыва горных пород под действием приложенных нагрузок определяют из выраженияЙсмКп /л) ф причем критерий распространения трещин в горном массиве выбирают из выраженияЙо(Кп /л)где Кп - модуль сцепления горных пород. 5 б. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что радиус областиразгрузки горного давления вследствие пластической деформации для упругопластических и пористых пород выбирают из выражения 10 - Нг 0,61 ехр где р -удельный вес вышележащих пород, кг/м;оды), 15 /