СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ГИДРОРАЗРЫВА
PULSED 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.
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.
Известен способ многократной имплозии (Попов А.А. Теория и практика эффекта имплозии применительно к процессам нефтедобычи. Ухта, 2004 г. Приложение книги: рис. 3. Генератор многократной имплозии), включающий периодическое создание разрежения в имплозионной камере за счет подъема плунжера с клапаном и быстрое заполнение имплозионной камеры скважинной жидкостью, которое сопровождается гидроударом, воздействующим на трещины пласта.
Однако, степень разрежения в имплозионной камере и мощность гидроудара определяются объемом имплозионной камеры, которая ограничивается высотой подъема плунжера, кроме того, создаваемый гидравлический импульс имеет малую длительность, которая недостаточна для деформации и развития трещин 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 с применением вентилей, при проведении гидроразрыва, к линии, соединяющей вентиль долива жидкости и источник жидкости, находящейся под давлением, подключают гидропневмокомпенсатор, 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, для создания в прискважинной зоне пласта сети трещин необходима скорость повышения давления порядка 100 МПа/с.Волна давления, перемещаясь на большое расстояние от устья скважины до забоя, размывается, и скорость изменения давления снижается.
Известен способ осуществления импульсного гидроразрыва карбонатного пласта (патент №2460876, опубл. 2012.09.10), включающий спуск в скважину колонны НКТ, закачивание жидкости в колонну НКТ, формирование перепадов давления между затрубным пространством, призабойной зоной и полостью колонны НКТ путем периодических импульсов давления в призабойной зоне в виде перемещающейся волны движения массы жидкости, размещают на нижнем конце НКТ генератора импульсов, пространство скважины герметизируют пакером, устанавливаемым над кровлей пласта, причем ниже пакера, но выше генератора импульсов в составе колонны НКТ устанавливают сбивной клапан, гидравлический разрыв пласта производят импульсной закачкой жидкости разрыва под давлением, превышающим давление раскрытия трещин на 20-25% в течение 20-30 мин, после чего производят закачку в импульсном режиме кислотного раствора, в качестве которого применяют 10-15%-ный раствор соляной кислоты, после чего скважину закрывают на ожидание спада давления и реагирование кислоты, разрушают сбивной клапан и производят освоение скважины свабированием по колонне НКТ.
Однако, способ предполагает использование генератора импульсов который открывается при повышении давления в НКТ преодолевая сопротивление пружины и приоткрывая щель, через которую перетекает жидкость. Давление в призабойной зоне повышается медленно что не способствует гидроудару и хрупкому разрушению породы пласта.
Известен способ обработки прискважинной зоны пласта (патент №2392425, опубл. 2010.06.20), взятый за прототип, 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, для создания в прискважинной зоне пласта сети трещин необходима скорость повышения давления порядка 100 МПа/с.Волна давления, перемещаясь на большое расстояние от устья скважины до забоя, размывается, и скорость изменения давления снижается.
Задачей изобретения является создание волны давления жидкости с регулируемой скоростью нарастания, что необходимо для создания в прискважинной зоне пласта сети трещин заданной конфигурации.
Задача решается тем, что, применяя способ осуществления импульсного гидроразрыва, включающий закачивание в полость скважины жидкости, 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, образующейся при периодическом открывании полости скважины для повышения давления с применением вентиля, давление в скважине повышают соединением устья скважины с источником жидкости, находящейся под давлением, при проведении гидроразрыва предварительно оценивают длительность расширения и смыкания трещин пласта, устанавливают в полости скважины исходное давление, при котором трещины пласта сомкнуты, затем, открывают вентиль на время, в течение которого движение массы жидкости воздействует на трещины пласта, затем закрывают вентиль и снижают давление в скважине до величины исходного, на основе геолого-технических условий задают скорость открывания вентиля, устанавливают его в нижней части насосно-компрессорной трубы и размещают в зоне перфорации, разобщают затрубное пространство и зону перфорации пакерованием, повышают давление жидкости в насосно-компрессорной трубе до момента открывания вентиля, затем снижают давление жидкости в насосно-компрессорной трубе для закрывания вентиля через промежуток времени, достаточный для образования и раскрытия трещин.
Такой способ позволяет за счет малого объема подпакерной зоны скважины и близкого расположения вентиля к зоне перфорации создавать периодические импульсы с высокой регулируемой скоростью нарастания давления и длительностью, достаточной для создания и раскрытия трещин пласта.
При очень высокой (взрывной) скорости нарастания давления жидкости порода пласта разбивается с образованием мелких обломков. При скорости нарастания давления жидкости порядка 100 МПа/с в окружающем массиве образуются расходящиеся трещины. При меньшей скорости нарастания давления жидкости происходит гидроразрыв с образованием одной магистральной трещины. Для конкретных геолого-технических пластовых условий необходим выбор оптимальной скорости нарастания давления жидкости для создания трещин заданной конфигурации.
Вентиль представляет собой клапан давления, который быстро открывается при достижении определенного перепада давления жидкости в полости НКТ относительно давления жидкости в призабойной зоне и закрывается при выравнивании давлений и с задержкой по времени, достаточной для деформации трещин пласта. Скорость открывания может предварительно устанавливаться за счет изменения параметров механизма вентиля.
Способ реализуют следующим образом. Устанавливают скорость открывания вентиля. Спускают в скважину колонну насосно-компрессорных труб, в нижней части которой устанавливают вентиль, с таким расчетом, чтобы вентиль располагался в зоне перфорации скважины. Порог открывания вентиля устанавливают исходя из физико-геологических условий. Затем для отделения затрубного пространства от призабойной зоны устанавливают па-кер.
В исходный момент времени трещины пласта сомкнуты. В насосно-компрессорную трубу закачивают жидкость или газ. Когда перепад давления в полости насосно-компрессорной трубы относительно давления жидкости в призабойной зоне превысит порог срабатывания вентиля, жидкость из насосно-компрессорной трубы с высокой скоростью начинает перетекать в призабойную зону, давление в которой резко повышается, что приводит к раскрытию и развитию трещин пласта.
Повышение давления в области призабойной зоны приводит к расширению существующих и образованию новых трещин. Регулярная деформация породы пласта приводит ее к усталостному разрушению. Перемещение массы жидкости в призабойной зоне способствует ее промывке, отрыву адсорбционных отложений от стенок поровых каналов и трещин, а также расшатыванию и выкрашиванию низкопроницаемых фрагментов скелета пласта.
Через отрезок времени, достаточный для расширения трещин пласта, вентиль закрывается, давление в скважине снижается за счет рассеивания жидкости в толще пласта, трещины пласта смыкаются. Операцию повышения давления в призабойной зоне повторяют необходимое количество раз.
Технология импульсного гидроразрыва позволяет создавать в скважине сеть трещин. Основной результат - рост эффективного радиуса скважины, вовлечение в разработку всей толщи пласта, приобщение максимального числа продуктивных прослоев и удаленных участков. Механизм импульсного гидроразрыва заключается в распространении волн по трещинам пласта, соударение кусков разрушенного массива. При импульсном гидроразрыве мал расход жидкости. Изменяющееся давление гидроразрыва 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, виброимпульсной, акустической и т.д.