СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ГИДРОРАЗРЫВА
METHOD FOR IMPLEMENTING PULSED HYDRAULIC FRACTURING

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 пласта (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 призабойная 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.
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.
Известен способ осуществления импульсного гидроразрыва (патент №2586693, опубл. 2016.06.10), включающий формирование перепадов давления между призабойной зоной и полостью скважины путем создания периодических импульсов давления в призабойной зоне в виде 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 способ позволяет формировать импульс, направленный в одну сторону, для наполнения и раскрытия трещин. Для эффективного трещинообразования необходимо чередовать направление импульса давления, с целью деформирования, расшатывания, выкрашивания фрагментов скелета пласта, для развития сети трещин.
Известен способ осуществления импульсного гидроразрыва (патент №2737632, опубл. 2020.12.01), взятый за прототип, включающий формирование перепадов давления между призабойной зоной и полостью скважины путем создания периодических импульсов давления в призабойной зоне в виде 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 развивают трещины пласта, затем закрывают вентиль долива жидкости и открывают вентиль слива жидкости для снижения давления в скважине до величины исходного, открывание второго вентиля осуществляют через отрезок времени и со скоростью, необходимой для удаления кольматантов и механического разрушения скелета пласта, к линии, соединяющей вентиль долива жидкости и источник жидкости, находящейся под давлением подключают гидропневмоаккумулятор, объем которого определяется расходом закачиваемой жидкости.
Однако для эффективной обработки призабойной зоны требуется как создание перепадов давления для образования сети трещин, так и формирование чередующихся разнонаправленных потоков жидкости для размыва кольматантов призабойной зоны, разрушения и выноса отложений.
Задачей изобретения является чередование импульсов давления для создания и развития сети трещин в призабойной зоне, также встречно-параллельных потоков жидкости для размыва и выноса кольматационных отложений из толщи пласта в полость скважины.
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, с применением вентилей, первый из которых соединяет полость скважины с источником жидкости, находящейся под давлением, второй - со сливной емкостью, 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, первый вентиль открывают на время, в течение которого волна движения массы жидкости достигает призабойную зону и воздействует на трещины пласта, оценивают длительность промежутков времени между периодами повышения и снижения давления, а также скорость снижения давления, затем закрывают первый вентиль и открывают второй вентиль для снижения давления в скважине до величины исходного, открывание второго вентиля осуществляют через отрезок времени и со скоростью, обеспечивающими удаление кольматантов, к линии, соединяющей первый вентиль и источник жидкости, находящейся под давлением подключен гидропневмоаккумулятор, объем которого определяется расходом скважинной жидкости при ее перетекании в пласт, для формирования импульса давления в призабойной зоне первый вентиль закрывают при снижении скорости движения в скважину после открывания первого вентиля, для формирования потоков жидкости в призабойной зоне первый вентиль закрывают при наибольшей скорости движения жидкости в скважину после открывания первого вентиля.
Такой способ позволяет воздействовать на массив пласта либо импульсами давления для максимального расшатывания щелей между участками коллектора, выкрашивания фрагментов пласта, развития сети трещин, либо формированием чередующихся разнонаправленных потоков жидкости способствующих размыву кольматирующих отложений и выносу их в полость скважины, затем осуществлять излив скважинной жидкости из скважины для снижения давления скважинной жидкости до исходного и удаления всплывающих к устью скважины вязких фракций.
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 источником жидкости, находящейся под давлением, например, с насосным агрегатом ЦА-320, второй - со сливной емкостью. Жидкость закачивают в скважину до уровня исходного давления, при котором трещины пласта сомкнуты.
Гидропневмоаккумулятор подключают к линии, соединяющей источник жидкости, находящейся под давлением и первым вентилем. Поскольку гидропневмоаккумулятор подключен к источнику жидкости, находящейся под давлением, в него закачивается жидкость, сжимается находящийся внутри газ.
В момент открывания первого вентиля жидкость под давлением начинает перетекать в скважину. На устье образуется область высокого давления, которая перемещается к призабойной зоне и приводит в движение скважинную жидкость. Через первый вентиль в полость скважины жидкость поступает не только из источника жидкости под давлением, но и из гидропневмоаккумулятора, что способствует быстрому увеличению давления и формированию крутого фронта волны движения жидкости.
Под воздействием давления, прикладываемого на устье, скорость движения массы скважинной жидкости увеличивается. При достижении зумпфа скважины волна движения жидкости упирается в препятствие и резко замедляется, что сопровождается повышением давления. Импульс давления в призабойной зоне формируется из гидростатического давления, давления на устье скважины и давления гидроудара. Инерция движения массы скважинной жидкости способствует увеличению длительности импульса давления.
Повышение давления в области призабойной зоны приводит к расширению существующих и образованию новых трещин, а периодические повышение давления приводит к расшатыванию и выкрашиванию низкопроницаемых фрагментов скелета пласта, развитию сети трещин.
Для оптимального развития трещин коллектора первый вентиль закрывают после воздействия импульса давления на породу пласта, когда скорость движения жидкости в скважину снижается. Если необходимо произвести размыв кольматантов в толще пласта, первый вентиль закрывают при достижении максимальной скорости движения скважинной жидкости по направлению к забою. При быстром закрывании первого вентиля скважинная жидкость движется к забою по инерции, в устьевой зоне образуется разрежение, после перемещения к призабойной зоне столб жидкости замедляет движение, затем изменяет направление к устью скважины, чему способствует разрежение в устьевой зоне. После перемещения жидкости к устью скважины и повышение в нем давления движение замедляется и изменяет направление к забою и т.д.
Регулярное встречно-параллельное перемещение массы жидкости в призабойной зоне способствует ее промывке, отрыву адсорбционных отложений от стенок поровых каналов и трещин,
После затухания колебаний скважинной жидкости открывают второй вентиль, скважинная жидкость изливается в сливную емкость, в которую одновременно выносятся всплывающие фрагменты вязких кольматантов. При достижении исходного давления трещины пласта смыкаются, второй вентиль закрывают.
Скважины с низкой проницаемостью призабойной зоны выгоднее обрабатывать импульсами давления для создания сети трещин. Скважины с относительно высокой проницаемостью целесообразнее обрабатывать чередующимися разнонаправленными потоками жидкости.
Амплитуда и длительность импульса давления зависит от крутизны фронта волны повышенного давления, следовательно - от скорости открывания первого вентиля. Амплитуда и длительность импульса депрессии зависит от крутизны фронта волны разрежения, следовательно - от скорости закрывания первого вентиля. Второй вентиль также создает перепад давления для создания волны излива жидкости. Вентили должны быть быстродействующими.
Интервалы времени между моментами открывания и закрывания вентилей выбирают по геологическим условиям с целью выноса кольматирующих отложений и создания максимального количества трещин. Операции повышения и снижения давления в призабойной зоне повторяют необходимое количество раз.
Технология импульсного гидроразрыва и размыва призабойной зоны позволяет создавать в скважине трещины, радиально расходящиеся от ствола. 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. Изменяющееся давление гидроразрыва, чередующееся с интенсивным движение жидкости, способствует равномерному «рыхлению» прискважинной зоны пласта и вымыванию кольматантов.
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.