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 обработки прискважинной зоны (патент №2266404, опубл. 2005.12.20), включающий создание периодических импульсов давления в прискважинной зоне пласта в виде перемещающейся по полости скважины ударной волны, образующейся при периодическом открывании полости скважины на устье с применением вентилей, один из которых соединяет полость скважины со сливной емкостью, второй - с источником жидкости, находящейся под давлением.
Однако прискважинная зона плохо промывается скважинной жидкостью, поскольку гидроудар имеет короткое время воздействия, в течение которого трещины пласта в течение ударного воздействия не успевают полностью раскрываться и смыкаться.
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.
Известен способ осуществления импульсного гидроразрыва (патент №2409738, опубл. 2011.01.20), включающий формирование перепадов давления между призабойной зоной и полостью скважины путем создания перемещающейся по полости скважины волны движения массы жидкости, образующейся при периодическом открывании полости скважины с применением вентилей, один из которых соединяет полость скважины со сливной емкостью, второй - с источником жидкости, находящейся под давлением, причем периодически увеличивают давление подачи жидкости для проведения гидроразрыва, между импульсами давления осуществляют циркуляцию жидкости через открытые вентили долива и слива жидкости, во время воздействия ударной волны на трещины пласта перекрывают вентиль слива жидкости.
Однако при осуществлении способа периодически останавливают и возобновляют циркуляцию жидкости через затрубное пространство и насосно-компрессорную трубу, что снижает интенсивность обработки. Кроме того, требуется регулярное изменение расхода насоса для периодической закачки жидкости в пласт со скоростью, необходимой для расширений трещин или гидроразрыва.
Известен способ обработки призабойной зоны скважины (патент №2383720, опубл. 2010.03.10), включающий создание периодических импульсов давления в призабойной зоне скважины в виде перемещающейся по полости скважины ударной волны, образующейся при периодическом открывании полости скважины на устье с применением вентилей, один из которых соединяет полость скважины со сливной емкостью, второй - с источником жидкости, находящейся под давлением, повышают давление в скважине соединением устья скважины с источником жидкости, находящейся под давлением, через вентиль долива жидкости, периодически через промежуток времени, достаточный для формирования ударной волны депрессии открывают вентиль слива жидкости.
Однако трещины призабойной зоны мало раскрываются под давлением закачиваемой жидкости, процесс обработки имеет низкую интенсивность. В скважинах с низкой проницаемостью прискважинной зоны пласта при закачке жидкости и быстром повышении давления в скважине жидкость не успевает достичь скорости, достаточной для использования инерции ее движения для создания и раскрытия трещин пласта.
Известен способ обработки призабойной зоны (патент №2511220, опубл. 2014.04.10), взятый за прототип, 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, образующейся при периодическом открывании полости скважины на устье, закачку жидкости через вентиль долива осуществляют в затрубное пространство непрерывно с расходом, достаточным для использования инерции массы скважинной жидкости, но не оказывающим препятствия формированию ударной волны депрессии при изливе жидкости через насосно-компрессорную трубу.
Однако импульсы давления в призабойной зоне направлены к устью скважины и способствуют извлечению кольматантов из трещин пласта, но не способствуют развитию этих трещин и созданию новых.
Задачей изобретения является использование сочетания закачки жидкости с постоянной скоростью и импульсов давления для создания и развития трещин пласта.
Задача решается тем, что, применяя способ обработки прискважинной зоны пласта, включающий закачивание в полость скважины жидкости, формирование перепадов давления путем создания периодических импульсов давления в призабойной зоне в виде перемещающейся по полости скважины волны, образующейся при периодическом открывании полости скважины на устье с применением вентиля, закачку жидкости в скважину осуществляют непрерывно с расходом, достаточным для раскрытия трещин, но не оказывающим препятствия формированию ударной волны, периодические импульсы давления создают путем соединения устья скважины через вентиль с источником жидкости, находящейся под давлением, непрерывную закачку жидкости осуществляют от второго источника жидкости, находящейся под давлением, в процессе обработки скважины изменяют величины давления источников жидкости независимо друг от друга, а также изменяют длительность и частоту повторения импульсов давления.
Такой способ позволяет закачивать жидкость в пласт для осуществления гидроразрыва и, кроме того, использовать для гидроразрыва импульсы давления.
Способ реализуют следующим образом. Устье скважины соединяют с источником жидкости, находящейся под давлением через вентиль. Кроме того, устье скважины соединяют со вторым источником жидкости, находящейся под давлением.
Для осуществления гидроразрыва пласта закачивают жидкость от второго источника жидкости, находящейся под давлением. Одновременно периодически открывают вентиль для подачи в пласт импульсов давления.
Закачка жидкости с постоянной скоростью способствует раскрытию и развитию существующих трещин, увеличению их длины, как это происходит при осуществлении классического гидроразрыва пласта. Подача импульсов способствует периодическому деформированию существующих трещин, их разветвлению и образованию новых трещин.
Импульс давления, создаваемый ударной волной, по формуле Жуковского составляет:
Δр=ρvc,
где ρ - плотность жидкости;
v - скорость движения жидкости;
с - скорость звука в жидкости.
Мощность ударной волны:
2
N=ρ⋅c⋅vA,
где А - сечение канала.
Величина импульса давления в призабойной зоне пропорционально скорости движения жидкости, а его мощность зависит от скорости жидкости в квадрате. Воздействия на породу пласта от движения жидкости с постоянной скоростью и импульсов давления складываются и взаимно усиливаются.
В процессе обработки скважины, исходя из геологических и технологических условий, изменяют величины давления источников жидкости независимо друг от друга, а также изменяют длительность и частоту повторения импульсов давления.
Для выполнения конкретной задачи по созданию трещин и геологических условий возможно изменение величины давления импульсов относительно давления жидкости, закачиваемой с постоянной скоростью, а также возможно изменение продолжительности импульсов, их периодичности и скорости нарастания и снижения давления. Например, при опасности прорыва трещины в водоносный пласт возможно снижение давления жидкости, закачиваемой с постоянной скоростью, и усиление импульсного воздействия для создания трещин меньшей длины, но в большем количестве.
Применение импульсного гидроразрыва позволяет уменьшить величину давления закачиваемой жидкости и тем самым, снизить энергозатраты и применять менее мощные насосные агрегаты. Низкочастотные колебания от перепадов давления передаются по простиранию пластов на значительные расстояния и способствуют перераспределению напряжений в массиве, что положительно влияет на нефтеотдачу.
Сочетание постоянной и импульсной закачек жидкости имеет следующие преимущества:
- регулирование величины и геометрии создаваемых трещин, что невозможно при применении классического гидроразрыва;
- уменьшение количества закачиваемой жидкости при импульсном гидроразрыве;
- создание трещин, расходящихся радиально от ствола скважины, что обеспечивает равномерный приток полезного ископаемого со всех сторон;
- размывание породы пласта в призабойной зоне при импульсном движении жидкости;
- неполное смыкание трещин при регулярной деформации породы пласта, снижается необходимость применения проппанта;
- снижение затрат энергии при проведении работ по технологии.
Скважинная жидкость может содержать химические реагенты для более производительной обработки.