СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ГИДРОРАЗРЫВА
IMPULSIVE HYDRAULIC FRACTURING METHOD

Предлагаемое изобретение относится к горному делу и может быть использовано для освоения и восстановления дебита эксплуатационных скважин, понизившегося вследствие кольматации призабойной зоны асфальтосмолопарафиновыми образованиями и мехпримесями.
Известен способ заканчивания скважины и устройство для его осуществления (патент №2271441, опубл. 2006.03.10), включающий спуск селективного кумулятивного перфоратора, содержащего секции с отдельным кумулятивным зарядом в каждой секции, создание подруба в горной породе с образованием в пласте веера каналов в плоскости, перпендикулярной оси скважины путем посекционного совмещения кумулятивных зарядов с плоскостью подруба и последовательного их выстреливания. Производят импульсный гидроразрыв пласта.
Однако для осуществления импульсного гидроразрыва необходимо применение кумулятивного перфоратора и проведение дополнительной перфорации.
Способ обработки призабойной зоны скважины (патент №2344281, опубл. 2007.05.14), включающий, формирование депрессионного перепада давления между призабойной зоной и полостью скважины путем создания периодических импульсов давления в призабойной зоне в виде перемещающейся по полости скважины волны при этом предварительно соединяют устье скважины с ресивером, наполненным газом, вентиль слива жидкости открывают при движении скважинной жидкости от забоя к устью с периодичностью, обеспечивающей раскачку ее массы в режиме резонанса.
Однако ресивер, наполненный газом, используют для осуществления возвратно-поступательного движения столба скважинной жидкости. Ресивер не рассчитан для накопления энергии и формирования ударной волны.
Известен способ обработки прискважинной зоны пласта (патент №2392425, опубл. 2010.06.20), при осуществлении которого предварительно оценивают время перемещения волны движения массы жидкости от устья до призабойной зоны и длительность расширения и смыкания трещин пласта, устанавливают в полости скважины исходное давление, при котором трещины пласта сомкнуты, затем, вентиль долива жидкости открывают на время, в течение которого волна движения массы жидкости достигает призабойную зону и воздействует на трещины пласта, затем закрывают вентиль долива жидкости и открывают вентиль слива жидкости для снижения давления в скважине до величины исходного.
Однако, поскольку в качестве источника давления чаще всего используется насосный агрегат, при открывании вентиля долива давление в скважине после кратковременного импульса высокого давления резко падает. Волна движения скважинной жидкости при достижении забоя не успевает раскрывать и деформировать трещины пласта.
3
Известен способ гидроразрыва малопроницаемого подземного пласта (патент №2402679, опубл. 2010.04.20), который включает закачку гидроразрывной жидкости, содержащей частицы проппанта, через скважину в трещину, созданную в подземном пласте, в процессе закачки обеспечивают турбулентный режим течения жидкости в трещине посредством закачивания гидроразрывной жидкости с вязкостью менее 0,01 Па⋅с со скоростью закачки не менее 8 м/мин.
Однако, для создания высокой скорости закачки требуется большое количество насосных агрегатов общей мощностью не менее 22000 л.с. Способ неэкономичен.
Известен способ осуществления импульсного гидроразрыва (патент №2586693, опубл. 2016.06.10), включающий формирование перепадов давления между призабойной зоной и полостью скважины путем создания перемещающейся по полости скважины волны движения массы жидкости, при котором предварительно оценивают время перемещения волны движения массы жидкости от устья до призабойной зоны и длительность расширения и смыкания трещин пласта, устанавливают в полости скважины исходное давление, при котором трещины пласта сомкнуты, затем, вентиль долива жидкости открывают на время, в течение которого волна движения массы жидкости достигает призабойную зону и воздействует на трещины пласта, затем закрывают вентиль долива жидкости и открывают вентиль слива жидкости для снижения давления в скважине до величины исходного, к линии, соединяющей вентиль долива жидкости и источник жидкости, находящейся под давлением подключают гидропневмоаккумулятор, объем которого определяется расходом закачиваемой жидкости.
Однако, при обработке глубоких скважин требуется мощный импульс давление на забое скважин и его длительность, достаточная для деформации трещин пласта.
Известен способ осуществления импульсного гидроразрыва (патент №2644368, опубл. 2018.02.09), взятый за прототип, включающий формирование периодических импульсов давления в призабойной зоне в виде перемещающейся по полости скважины волны, образующейся при периодическом повышении давления в скважине путем соединением с первым и вторым источниками жидкости, находящейся под давлением с применением первого и второго вентилей, при проведении гидроразрыва предварительно оценивают время перемещения волны движения массы жидкости от устья до призабойной зоны и длительность расширения и смыкания трещин пласта, устанавливают в полости скважины исходное давление, при котором трещины пласта сомкнуты, затем последовательно через отрезок времени, обеспечивающий формирование суммарного импульса давления на забое скважины, открывают вентили, затем закрывают вентили на период снижения давления в скважине до величины исходного, к линиям, соединяющим вентили долива жидкости с источниками жидкости, находящейся под давлением подключены гидропневмоаккумуляторы, объем которых определяется расходом скважинной жидкости при ее перетекании в пласт.
Однако на пласт воздействует геометрическая сумма импульсов давлений, которая влияет только на поверхность массива. Создание сети трещин более эффективно при проникновении ударной волны в глубину пласта через существующие трещины.
Задачей изобретения является передача ударной волны в массив пласта на максимально возможное расстояние от ствола скважины через раскрывающиеся существующие трещины.
Задача решается тем, что, применяя способ осуществления импульсного гидроразрыва, включающий закачивание в полость скважины жидкости, формирование периодических импульсов давления в призабойной зоне в виде перемещающейся по полости скважины волны, образующейся при периодическом повышении давления в скважине путем соединением с первым и вторым источниками жидкости, находящейся под давлением с применением первого и второго вентилей, при проведении гидроразрыва предварительно оценивают время перемещения волны движения массы жидкости от устья до призабойной зоны и длительность расширения и смыкания трещин пласта, устанавливают в полости скважины исходное давление, при котором трещины пласта сомкнуты, затем открывают вентили на время, в течение которого волна движения массы жидкости достигает призабойную зону и воздействует на трещины пласта, затем закрывают вентили на период снижения давления в скважине до величины исходного, к линиям, соединяющим вентили долива жидкости с источниками жидкости, находящейся под давлением подключены гидропневмоаккумуляторы, объем которых определяется расходом скважинной жидкости при ее перетекании в пласт, открывают первый вентиль, поднимают давление в призабойной зоне, до величины раскрытия трещин пласта, затем открывают второй вентиль на время, необходимое для достижения ударной волной призабойной зоны, проникновения в раскрытые трещины пласта и их развитие и разветвление, затем закрывают оба вентиля, первый гидропневмоаккумулятор содержит жидкость под давлением достаточным для раскрытия трещин, второй - под давлением, необходимым для гидроразрыва.
Такой способ позволяет сначала формировать импульс давления, который по физическим параметрам способствует максимальному раскрытию существующих трещин пласта в прискважинной зоне, затем формировать второй импульс, который по своим физическим параметрам служит проникновения в массив пласта через открытые трещины и образования новых трещин.
Гидропневмоаккумулятор представляет собой металлический цилиндрический корпус, наполненный газом (обычно азотом, помещенным в эластичный баллон). При закачивании в гидропневмоаккумулятор жидкости газ сжимается, за счет чего гидропневмоаккумулятор может служить накопителем энергии.
Способ реализуют следующим образом. На устье скважины, устанавливают вентили, первый из которых соединяет полость скважины с первым гидропневмоаккумулятором, второй - полость скважины со вторым гидропневмоаккумулятором. Каждый гидропневмоаккумулятор имеет объем, отвечающий его назначению. Оба гидропневмоаккумулятора имеют возможность независимого друг от друга заполнения жидкостью до заданного давления. Скважину заполняют жидкостью до уровня исходного давления, при котором трещины пласта сомкнуты. Гидропневмоаккумуляторы необходимы для поддержания давления жидкости в скважине на заданный период времени.
В момент открывания первого вентиля жидкость под давлением начинает перетекать из первого гидропневмоаккумулятора в скважину. На устье образуется область высокого давления, которая перемещается к призабойной зоне и приводит в движение скважинную жидкость.
Под воздействием давления, прикладываемого на устье, скорость движения массы скважинной жидкости увеличивается. При достижении зумпфа скважины волна движения жидкости повышает давление в зоне перфорации и расширяет существующие трещины пласта. Величину и скорость нарастания давления жидкости в призабойной зоне выбирают по условиям максимального расширения трещин, Из этих условий выбирают объем первого гидропневмоаккумулятора, давление содержащейся в нем жидкости и гидравлическое сопротивление первого вентиля.
Через расчетный промежуток времени открывают второй вентиль. На устье образуется новая область высокого давления, которая перемещается к призабойной зоне и приводит в движение скважинную жидкость. Сформированная ударная волна достигает зумпфа и повышает давление в зоне перфорации. Второй вентиль открывают с расчетом, чтобы вновь сформированная волна давления достигала трещин пласта в момент их максимального раскрытия от воздействия предыдущей волны.
Величину и скорость нарастания давления жидкости в призабойной зоне выбирают по условиям максимального проникновения волны давления в трещины пласта. Из этих условий выбирают объем второго гидропневмоаккумулятора, давление содержащейся в нем жидкости и гидравлическое сопротивление второго вентиля. Быстрое повышение давления внутри массива пласта приводит к деформации породы, концентрации напряжений до достижения критических значений и разрушению скелета пласта с образованием новых трещин.
Через отрезок времени, достаточный для образования новых трещин пласта, закрывают вентили, что сопровождается снижением давления в призабойной зоне. При достижении исходного давления трещины пласта смыкаются. Операцию импульсного повышения давления в призабойной зоне повторяют необходимое количество раз. При регулярной деформации трещины развиваются за счет усталостного разрушения.
Перемещение массы жидкости в призабойной зоне при периодическом изменении давления способствует ее промывке, отрыву адсорбционных отложений от стенок поровых каналов и трещин, а также расшатыванию и выкрашиванию низкопроницаемых фрагментов скелета пласта.
Технология импульсного гидроразрыва позволяет создавать в прискважинной зоне пласта сеть трещин, расходящихся от ствола трещин. Основной результат - рост эффективного радиуса скважины, вовлечение в разработку всей толщи пласта, приобщение максимального числа продуктивных прослоев и удаленных участков. При импульсном гидроразрыве мал расход жидкости. Создание сети трещин способствует равномерному «рыхлению» прискважинной зоны пласта.
Скважинная жидкость может содержать химические реагенты для более производительной обработки. Способ может быть применен совместно с другими видами обработки призабойной зоны: кислотной, тепловой, акустической и т.д.