Устройство для гидроразрыва пласта

Полезная модель  относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использована в процессе бурения газонефтяных скважин, а конкретно при проведении гидроразрыва пласта (ГРП).
Известен ряд устройств используемых при ГРП, описанных например в патентах РФ №№ 2358100, 2374437, 2592582, 2620818.
Известно также устройство компоновки подземного оборудования для проведения гидроразрыва пласта (ГРП), содержащее лифт насосно-компрессорных труб (НКТ), клапан-отсекатель, гидравлический пакер, технологический пакер, хвостовик, воронку, при этом лифт НКТ соединяется с транспортным узлом, состоящим из переводника, верхним концом соединяющегося с НКТ, а нижним концом, имеющим левую резьбу, с левой отворотной муфтой, соединенной с дистанционным патрубком, присоединенным к специальному переводнику, соединенному со стволом присоединительной муфты, к муфте присоединительной  лифта НКТ  с гидравлическим якорем, а через дистанционный патрубок - с технологическим пакером, причем клапан-отсекатель, устанавливаемый в ствол присоединительной муфты  перед гидравлическим якорем, опускается на свое посадочное место через трубы НКТ (патент на полезную модель РФ № 87452, опубл. 10.10.2009).
Известно также устройство  для гидроразрыва пласта, содержащее колонну насосно-компрессорных труб и установленный на ней перфоратор с расположенными в одной плоскости перфорационными отверстиями, при этом оно снабжено размещенным выше перфоратора на колонне насосно-компрессорных труб якорным узлом, выполненным в виде цилиндрического корпуса и установленных в нем перпендикулярно к его оси поршней с удлиненными по оси корпуса упорными элементами на концах, а колонна насосно-компрессорных труб выполнена с меткой на внутренней поверхности выше якорного узла, расположенной в одной плоскости с перфорационными отверстиями перфоратора (патент на изобретение РФ № 2007552, заявка № 915015826, конвенционный приоритет.06.12.1991).
В результате патентных исследований выявлены следующие аналогичные технические решения в данной области техники: WO/2016/209085, CN 103527106, CN 205677593, CN 201574731.
Наиболее близким техническим решением, выбранным заявителем в качестве прототипа, является устройство гидравлического разрыва пласта, содержащее колонну насосно-компрессорных труб,  оснащенную гидропескоструйным перфоратором, в нижней части которого установлен  обратный  клапан, обеспечивающий возможность пропускания через гидропескоструйный перфоратор пропанта из затрубного пространства (патент на полезную модель  РФ № 20539, опубл. 10.11. 2001г.).
Недостатком данной конструкции является то, что оно не обеспечивает высокую эффективность гидроразрыва пласта из-за отсутствия точного позиционирования в интервале, что увеличивает затраты времени на подготовку гидроразрыва пласта и не позволяет эффективно обрабатывать малообъемные участки.
Технической задачей заявляемой полезной модели является расширение арсенала эффективных средств  для производства ГРП, в том числе мини ГРП.
Технический результат – повышение эффективности процесса гидроразрыва пласта (ГРП) за счет сокращения времени на подготовку скважины к ГРП, предпочтительно к мини ГРП. Дополнительный технический результат – повышение производительности процесса.
Заявленный технический результат достигается тем, что заявляемое устройство содержит колонну насосно-компрессорных труб,  оснащенную гидропескоструйным перфоратором, в нижней части которого установлен обратный клапан, обеспечивающий возможность пропускания через гидропескоструйный перфоратор рабочую жидкость с проппантом из затрубного пространства, причем на колонне насосно-компрессорных труб перед гидропескоструйным перфоратором дополнительно закреплены реперный патрубок и  гидроякорь, соединенные друг с другом неподвижно, при этом реперный патрубок закреплен перед гидроякорем.
Заявляемое устройство может содержать блок автономных манометров, закрепленных на колонне насосно-компрессорных труб между гидроякорем и гидропескоструйным перфоратором.
В качестве реперного патрубка может быть использован любой стандартный реперный патрубок не ниже марки Е.
В качестве блока автономных манометров может быть использованы любые стандартные глубинные манометры, например типа АЦМ-6 и их аналоги.
В качестве обратного клапана гидропескоструйного перфоратора могут быть использованы известные для этих целей шариковые или подшипниковые обратные клапаны типа ДУ, обеспечивающие прохождение рабочей жидкости с проппантом из затрубного пространства через гидропескоструйный перфоратор в направлении устья скважины, например ОКБ-105.
В качестве гидропескоструйного перфоратора могут быть использованы перфораторы марок 102,114,140,146,168,178.
Сравнение заявляемой полезной модели с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается следующими признаками:
- на колонне насосно-компрессорных труб перед гидропескоструйным перфоратором закреплен реперный патрубок;
- на колонне насосно-компрессорных труб перед гидропескоструйным перфоратором закреплен гидроякорь;
- реперный патрубок и гидроякорь установлены последовательно;
- реперный патрубок и гидроякорь соединены друг с другом неподвижно, т.е. обеспечивают жесткое соединение между собой и колонной насосно-компрессорных труб.
Поэтому можно предположить, что заявляемая полезная модель соответствует критерию «новизна».
Полезная модель может быть изготовлена на стандартном оборудовании, поэтому она соответствует критерию «промышленная применимость»
На рисунке схематично показано заявляемое устройство.
Устройство содержит трубы НКТ, на которых последовательно закреплены реперный патрубок 1, после которого закреплен гидроякорь 2, после которого установлен блок автономных манометров 3 и гидропескоструйный перфоратор 4, снабженный обратным клапаном 5, размещенный в нижней части конструкции.
Устройство работает следующим образом.
Заявляемое устройство спускают на НКТ на глубину проведения работ на скважине. Посредством реперного патрубка 1 производят геофизическую привязку устройства к литологии геофизическим прибором и осуществляют позиционирование устройства посредством гидроякоря 2. Реперный патрубок 1, закрепленный перед гидроякорем 2, позволяет точно определить точку отсчета, сориентировав гидропескоструный перфоратор в месте залегания продуктивного пласта и начать вскрытие скважины путем закачивания рабочей жидкости с проппантом в колонну под давлением 100-400 атм. Под воздействием абразивной гидравлической струи гидропескоструйный перфоратор 4 прорезает отверстия в обсадной колонне, цементном камне и канала в породе, т.е. осуществляется гидропескоструйная перфорация (ГПП). После ГПП в затрубном пространстве задают расчетное противодавление, которое меньше давления в колонне, например, 100-150 атм, в результате чего рабочая жидкость с проппантом направляется в продуктивный пласт, формируя трещины гидроразрыва пласта (ГРП), намывая каверны и для очищения призабойного пространства (ПЗП) от кольматанта. После окончания цикла ГПП и ГРП посредством задания расчетного давления в затрубном пространстве, обратный клапан 5 гидропескоструйного перфоратора 4 открывается, пропуская рабочую жидкость с проппантом из затрубного пространства через гидропескоструйный перфоратор 4 вверх в направлении устья скважины, промывая устройство и обеспечивая проведение следующего цикла обработки без извлечения устройства из скважины. После чего заявляемое устройство на НКТ поднимают на следующий интервал перфорации, позиционируют его, проводят ГПП и ГРП, т.е. повторяют цикл. Таким образом, ГРП ведется за одну операцию и без предварительной подготовки скважины, сокращая время проведения ГРП.
Наличие автономных манометров позволяет фиксировать режимы работы устройства (давление, температура) для обеспечения эффективного контроля  всего процесса.
Заявляемое устройство обеспечивает возможность проведения мини ГРП, может быть применено в горизонтальных скважинах и боковых стволах, имеющих не вовлеченные участки в разработку, а также в вертикальных и наклонно-направленных скважинах.
Основные преимущества заявленного устройства, обеспечивающие возможность его эффективного промышленного использования: сокращение времени на подготовку скважины к ГРП, так как перфорация производится одновременно с последующим ГРП; фазировка формируемых отверстий составляет от 1º до 180º, а их количество от 1 до 60 штук; увеличение гидродинамического совершенства скважины путем очищения ПЗП от кольматанта посредством намыва каверн от 0,5 до 2 метров с диаметром каверн от 36 мм до 500 мм;  отсутствие ударного (фугасного) воздействия на цементный камень, предотвращение обводнения и прорыва газа; увеличение производительности скважины.