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.
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 в импульсном режиме.
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. Кроме того, при высокорасходной закачке жидкости большие трещины, имея низкое гидравлическое сопротивление, заполняются быстрее малых трещин, следовательно, увеличиваются в объеме и еще больше снижают гидравлическое сопротивление. Малые трещины смыкаются и не развиваются.
Известен способ осуществления импульсного гидроразрыва (патент №2586693, опубл. 2016.06.10), взятый за прототип, включающий закачивание в полость скважины жидкости, формирование перепадов давления, образующихся при периодическом повышении давления с применением вентилей, которые соединяют скважину с источником жидкости, находящейся под давлением и сливной емкостью, 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 вентиль на время, в течение которого волна движения массы жидкости достигает призабойную зону и воздействует на трещины пласта и закрывают вентиль для снижения давления в скважине до величины исходного, к линии, соединяющей вентиль и источник жидкости, находящейся под давлением, подключают гидропневмоаккумулятор.
Однако не контролируется процесс образования и развития малых трещин. При закачке жидкости большие трещины, имея низкое гидравлическое сопротивление, заполняются быстрее малых трещин, следовательно, увеличиваются в объеме и еще больше снижают гидравлическое сопротивление. В результате малые трещины смыкаются. Развиваются только магистральные трещины, равномерная сеть трещин не образуется.
Задачей изобретения является развитие в прискважинной зоне пласта равномерной сети трещин.
Задача решается тем, что, применяя способ осуществления импульсного гидроразрыва, включающий закачивание в полость скважины жидкости, формирование перепадов давления в призабойной зоне в виде перемещающейся по полости скважины волны движения массы жидкости, образующейся при периодическом повышении давления с применением вентиля, который соединяет скважину с источником жидкости, находящейся под давлением, 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 вентиль открывают на время, в течение которого волна движения массы жидкости достигает призабойную зону и воздействует на трещины пласта, затем закрывают вентиль для снижения давления в скважине до величины исходного, к линии, соединяющей вентиль и источник жидкости, находящейся под давлением, подключают гидропневмоаккумулятор, дополнительно оценивают величину давления и расход закачиваемой жидкости, рассчитывают длительности процессов хрупкого и пластичного разрушения породы пласта и закрывают вентиль после начала действия процесса пластичного разрушения.
Такой способ позволяет подавать в прискважинную зону пласта импульсы заданной скорости нарастания и длительности, которые позволяют создавать начальные трещины в режиме хрупкого разрушения, развивать их в режиме пластичного разрушения. Длительность импульса ограничивают во избежание смыкания малых 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 вентиль, соединяющий скважину с источником жидкости, находящейся под давлением, например, с насосным агрегатом. Жидкость закачивают в скважину до уровня исходного давления, при котором трещины пласта сомкнуты.
Гидропневмоаккумулятор подключают к линии, соединяющей источник жидкости, находящейся под давлением и вентиль. Поскольку гидропневмоаккумулятор подключен к источнику жидкости, находящейся под давлением, в него закачивается жидкость и сжимается находящийся внутри газ.
В момент открывания 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. Под воздействием давления, прикладываемого на устье, скорость движения массы скважинной жидкости увеличивается. При достижении зумпфа скважины волна движения жидкости повышает давление в прискважинной зоне пласта. Гидропневмоаккумулятор способствует поддержанию заданного давления в течение времени, необходимого для разрушения породы пласта.
Быстрое повышение давления приводит к деформации породы, и концентрации напряжений на ее поверхности достигают критических значений, происходит хрупкое разрушение с образованием микротрещин. По мере закачки жидкости в прискважинную зону пласта снижаются напряжения на поверхности породы. Хрупкое разрушение переходит в пластичное, на породу действуют растягивающие усилия, происходит разрыв со слиянием пор.
В процессе закачки поток жидкости заполняет более широкие трещины, имеющие меньшее гидравлическое сопротивление, и расширяет их. Расширение трещин еще больше уменьшает их гидравлическое сопротивление. Малые трещины вследствие небольшого сечения заполняются с меньшей скоростью. В результате расширяется сравнительно небольшое количество больших трещин, малые трещины за счет расширения больших трещин и малой сжимаемости породы смыкаются и не развиваются.
Вентиль закрывают для прекращения закачки жидкости в период времени, когда начинают заполняться большие трещины и смыкаться малые. После закрытия вентиля давление в прискважинной зоне пласта снижается, по мере достижения исходного давления трещины пласта смыкаются. Операцию повышения давления в прискважинной зоне повторяют необходимое количество раз. Трещины, образующиеся при хрупком разрушении, развиваются за счет регулярной деформации и усталостного разрушения.
Регулярное встречно-параллельное перемещение массы жидкости в прискважинной зоне 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 скважине сеть 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. 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.