Способ поинтервальной гидрообработки продуктивной толщи массива горных пород

 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для изоляции обработанных интервалов в скважинах с избыточным давлением. Цель - расширение области применения способа путем обеспечения гидрообработки через скважины с избыточным давлением, возникшим после гидрообработки интервала. С поверхности сооружают скважину, осуществляют ее обсадку и. начиная от забоя скважины , производят перфорацию обсадной колонны в зоне внедрения рабочей жидкости (РЖ) интервала обработки. В каждый интервал нагнетают РЖ. Затем перекрывают зону внедрения РЖ и каждый обработанный интервал диспергированным материалом. В качестве последнего используют гранулированный керамзит (ГК) фракцией более 20 мм. Каждый обработанный интервал разобщают от необработанного мостом из ГК фракцией 8-16 мм. Длину I моста определяют из выражения I 0,37 Р - 1,97 d - 0,055 v - 0,00628 Р2 f 0,19 d2 + 0,0068 v2, м, где 0,37; 1,97; 0,055; 0,00628; 0,19; 0,0068 - эмперические коэффициенты; Р - ожидаемое давление гидрообработки последующего интервала, МПа; d - диаметр гранул ГК, мм; v - темп нагнетания РЖ в последующий интервал обработки, л/с. Гранулы ГК имеют сферическую шероховатую поверхность, обладают незначительным удельным весом. Это снижает сопротивление движения материала по трубам в водной среде, позволяет качественно сцеплять гранулы между собой в мосте и легко вымывать продукты разрушения при удалении разобщающего моста. 1 ил. СО С о ю о о 4 00

СО ОЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (si)s Е 21 F 5/00, 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4448493/03 (22) 13.05.88 (46) 15.01.91. Бюл. ¹ 2 (71) Московский горный институт и Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в промышленности (72) С;А.Ярунин, А.С.Лукаш, В.В,Конарев, Н.А.Балабанов, В.В.Пудак и В.И.Ледней (53) 622.807.002.54(088,8) (56) Временное руководство по дегазации шахтных полей Карагандинского бассейна с гидравлическим расчленением свит угольных пластов. М.: МГИ, 1975, с.88 — 90.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1303729; кл. Е 21 F 5/00, 1987. (54) СПОСОБ ПОИНТЕРВАЛЬНОЙ ГИДРООБРАБОТКИ ПРОДУКТИВНОЙ ТОЛЩИ

МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для изоляции обработанных интервалов в скважинах с избыточным давлением. Цель — расширение области применения способа путем обеспечения гидрообработки через скважины с избыточным давлением, возникшим после гидрообработки интервала, С поверхности сооружают скважину, осуществляИзобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при изоляции обработанных интервалов в скважинах с избыточным давлением.

Цель изобретения — повышение области применения способа путем обеспечения гидрообработки через скважины с избыточным давлением. возникшим после гидрообработки ин гервала.

„, Я2„„1620648 А1 ют ее обсадку и, начиная от забоя скважины, производят перфорацию обсадной колонны в зоне внедрения рабочей жидкости (РЖ) интервала обработки. В каждый интервал нагнетают РЖ. Затем перекрывают зону внедрения РЖ и каждый обработанный интервал диспергированным материалом, В качестве последнего используют гранулированный керамзит(ГК) фракцией более 20 мм.

Каждый обработанный интервал раэобщают от необработанного мостом из ГК фракцией 8 — 16 мм. Длину I моста определяют из выражения l 0,37 Р - 1,97 d — 0,055 v0,00628 P + 0 19 d + 0,0068 v, м, где 0 37;

1,97; 0,055; 0,00628; 0,19; 0,0068 — эмперические коэффициенты; P — ожидаемое давление гидрообработки последующего интервала, МПа; d — диаметр гранул ГК, мм; и — темп нагнетания РЖ в последующий интервал обработки, л/с. Гранулы ГК имеют сферическую шероховатую поверхность, обладают незначительным удельным весом, Это снижает сопротивление движения материала по трубам в водной среде, позволяет качественно сцеплять гранулы между собой в мосте и легко вымывать продукты разрушения при удалении разобщающего моста. 1 ил.

На чертеже показана схема подачи гранулированного керамзита для перекрытия зоны внедрения рабочей жидкости и разобщения интервалов гидрообработки в скважине с горизонтальным окончанием ствола.

Согласно предлагаемому спосооу перекрытие зон внедрения рабочей жидкости и разобщение интервалов гидрообработки осуществляют одним и тем же диспергированным материалом — гранулированным ке1620648

15 земной гидравлики, рамзитом, причем крупность фракции керамзита, применяемого для перекрытия зон внедрения жидкости, должна быть свыше

20 мм. Этот предел установлен исходя из следующих соображений. Диспергированный материал должен перекрывать перфорационные отверстия, но не проникать через перфорационные отверстия в затрубное пространство обсадной колонны, Проведение точечной перфорации осуществляется при помощи кумулятивного и гидропескоструйного перфораторов. Установлено, что приведенный диаметр перфорационных отверстий не превышает 15 мм.

Кроме того, при перекрытии зоны перфорации диспергированный материал должен быть неподвижным, так как является упором для разобщающего моста между обработанным и необработанным интервалами.

Как показали результаты стендовых испытаний, керамзитовая пробка длиной более 1,5 м и фракцией более 20 мм продвигаться по гладкостенной колонне вследствие сцепления не может, а гидравлические сопротивления керамзит этой фракции создает незначительные (так при темпе нагнетания

2,1- 10 м lс при длине пробки 20 м сопротивление составит только 3,5 МПа), поэтому может быть применен в качестве упора, перекрывающего перфорационные отверстия, Затем устанавливается разделительный мост из гранулированного керамзита фракцией 8.„16 мм. Очевидно, чем меньше размер частиц материала, тем больше гидравлическое сопротивление создается при прочих равных условиях. Так как скважина имеет избыточное давление, а следовательно и противопоток самоизлива, то при намывании моста используются насосно-компрессорные трубы, оснащенные впереди специальной головкой, которая образует со стенкой обсадной колонны зазор не менее 6 мм (в противном случае может произойти заклинивание колонны насосно-компрессорных труб при спуске их в скважину), то нижний предел фракций керамзита при установке разобщающего моста установлен 8 мм, а верхний предел определяется в основном длиной устанавливаемого моста и достигает 16 мм.

Длина применяемого моста зависит от

его гидравлического сопротивления и определяется из математического выражения 1

>0,37 Р-1 97d-0,055ч-0,00628Р +0,19d +

+ 0,0068 ч, м, тде 0,37; 1,97; 0,055; 0,00628; 0,19; 0,0068— эмпирические коэффициенты;

Р— ожидаемое давление гидрообработки последующего интервала, МПа;

d — диаметр гранул керамзита,мм; ч — темп нагнетания рабочей жидкости в последующий интервал обработки, л/с.

Длина моста разобщения интервалов гидрообработки установлена исходя из трех основных факторов: ожидаемое давление гидрообработки, фракционный состав керамзита и темп нагнетания — в зависимости от того, какое значение имеет тот или иной фактор. Математическое выражение получено на основании проведенных исследований на значительном обьеме, что обеспечивает получение качественной и достоверной оценки. Величина корреляционного отношения составляет свыше 0,9

Ожидаемое давление гидрообработки последующего интервала P может быть различным и определяется по формулам подДля получения положительного эффекта диспергированный материал перекрытия зон внедрения рабочей жидкости должен обладать сферической формой (шар или окатыш), поскольку при доставке гранул в зону установки моста движение происходит по трубам в водной среде, форма гранул играет значительную роль при снижении сопротивления движения; шероховатой поверхностью (для качественного сцепления между собой гранул в установленном мосте); незначительным удельным весом (легкость вымывания продуктов разрушения при удалении разобщающего моста. Этим условием отвечает гранулированный керамзит, Способ выполняется следующим образом.

С поверхности сооружают скважину 1, в обсадной колонне которой проделывают перфорационные отверстия 2 в зоне внедрения рабочей жидкости первого интервала, начиная с забоя скважины 1, и производят нагнетание рабочей жидкости в массив горных пород в его зоне внедрения.

Поддействием напряжений, возникших при закачке рабочей жидкости в горный массив, происходит выдавливание некоторого обьема ранее закачанной рабочей жидкости в скважину 1, При открытии устья скважины 1 возникает обратный поток, скорость и продолжительность которого зависят от избыточного давления. Величина избыточного давления и интенсивность его снижения зависят от физико-механических характеристик самого массива горных пород,а также от параметров гидродинамического воздействия. При устьевом избыточном давлении более 3,0 МПа (когда самоистечение жидкости препятствует намыванию моста из диспергирован ного материала) в скважину 1

1620648

55 опускают насосно-комп рессорные гладкостенные трубы 3 с головкой 4 впереди, на передней части головки 4 находится клапан

5. Клапан 5 может быть выполнен из любого материала (конвейерной ленты, металла, пластмассы и др.). Трубы 3 с головкой 4 опускают в скважину 1 с таким расчетом, чтобы образовалась камера 6 для наполнения ее гранулами керамзита 7. Зазор между головкой 4 и обсадной колонной скважины

1 составляет 8 мм. Вовнутрь колонны труб 3 поступлению гранул керамзита препятствует клапан 5, который перекрывает проходное сечение головки 4 при движении жидкости в обратном направлении. Гранулы керамзита 7 фракцией свыше 20 мм посылают по трубам 3 с продавливанием его водой с помощью, например, насосных агрегатов ЦА-320. В процессе заполнения камеры 6 трубы 3 приподнимают на определенную величину и тем самым увеличивают свободное пространство камеры 6. Таким образом перекрывают полностью зону с отверстиями 2 скважины 1, Затем намывают разобщающий мост из гранулированного керамзита фракцией 8-16 мм, длина которого зависит от темпа нагнетания и давления гидрообработки, Производят перфорацию и гидрообработку в следующем интервале обработки.

Перекрытие и разобщение очередного и последующих интервалов производят аналогично описанному.

Пример. Скважина с горизонтальным окончанием ствола длиной 1870 м и диаметром бурения 215,9 мм обсажена стальными трубами внутренним диаметром 124,6 мм.

Через скважину намечено произвести гидробработку углепородного массива в 5 интервалах. В каждый интервал обработки планируется закачать по 12000 м рабочей з жидкости. Ожидаемое давление нагнетания на входе в пласт 30,0 МПа. Темп нагнетания свыше 50 10 м /с.

Перфорацию обсадной колонны осуществляют с помощью кумулятивного перфоратора, длина зоны перфорации составляет

8 м. Расстояние между обрабатываемыми интервалами составляет 80 м.

Производят вскрытие первого интервала обработки и нагнетание расчетного обьема рабочей жидкости. Нагнетание производят с помощью насосных агрегатов, например 4АН-700, Затем в скважину опускают колонну насосно-компрессорных труб 73х5,5 мм, впереди которой имеется головка с диаметром 118,6 мм. На передней части головки установлен клапан из прорезиненной конвейерной ленты. Колонну на5

45 сосно-компрессорных труб опускают в зону перфорации, образуя камеру. Затем посылают Во внутреннее пространство порцию 10 10 м керамзита фракцией более

-з з

20 мм и продавливают его водой при помощи агрегата ЦА-320. Для перекрытия 8 м зоны с перфорацией необходимо подать в скважину 96,8 10 м керамзита.

-з з

Так как давление нагнетания составляетЗО,ОМПаитемпнагнетания50 10 м /с, -з з то длина моста для разобщения интервалов обработки при применении гранул керамзита фракцией 10 мм должна быть: 0.37 Р—

-1,97 d — 0,055 v — 0,00628 Р+ 0,19d - 0,0068

v,м,! 190м.

Количество подаваемого в скважину керамзита фракцией, например, 10 мм для изоляции одного интервала должно быть не менее 0,23 м . з

Затем производят вскрытие во втором интервале обработки, нагнетают расчетный объем рабочей жидкости, перекрывают зону внедрения и изолируют обработанный интервал описанным способом. Таким образом обрабатывают все интервалы, Гранулы керамзита фракцией свыше 8 мм применяются для разобщения интервалов гидрообработки исходя из наличия необходимого зазора между обсадной колонной скважины и головкой, препятствующей попаданию гранул в затрубное пространство насосно-компрессорных труб при намывке керамзитового моста. Уменьшение применяемой фракции керамэита повлечет за собой увеличение размеров (диаметра) головки, что небезопасно при ведении спускоподьемных операций, особенна в направленных скважинах. Применение гранул керамзита свыше 16 мм для разобщения интервалов гидрообработки нецелесообразно, так как при этом резко увеличивается фильтрационная способность, что приводит к увеличению длины разобщающего моста.

В этих пределах (8-16 мм) по приведенному выражению с учетом необходимых условий (длина моста, давление и темп нагнетания рабочей жидкости). выбирается соответствующая фракция гранул керамзита.

Применение керамэита фракцией свыше 20 мм направлено только на перекрытие зоны перфорации. Так как перфорационные отверстия могут быть различной всличины, то перекрытие их на участке перфорации скважины должно осуществляться керамэитом, гранулы которых способны пройти по насосно-компрессорным трубам и ке пройти через перфорационные отверстия обсадной колонны, 1620648

Предлагаемый способ гидрообработки можно применять в скважинах, имеющих высокие избыточные давления, при которых происходит вынос диспергированного материала перекрытия и разобщение интервалов обратным потоком рабочей жидкости.

Составитель А.Губайловский

Редактор Л.Веселовская Техред M,Moðãåíòýë Корректор О,Кравцова

Заказ 4228 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Способ поинтервальной гидрообработки продуктивной толщи массива горных пород, включающий сооружение и обсадку скважины с поверхности, поочередную, начиная от забоя скважины, перфорацию обсадной колонны в зоне внедрения рабочей жидкости интервала обработки, нагнетание в каждый интервал рабочей жидкости, перекрытие зоны внедрения рабочей жидкости каждого обработанного интервала диспергированным материалом и разобщение его от необработанного мостом, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения области применения способа путем обеспечения гидрообработки через скважины с избыточным давлением, возникшим после гидрообработки интервала, для перекрытия зон

5 внедрения рабочей жидкости используют гранулированный керамзит фракцией более

20 мм, а разобщение каждого обработанного интервала от необработанного производят мостом из гранулированного керамзита

10 фракцией 8 — 16 мм, при этом длину моста определяют из следующего математического выражения I > 0,37 Р— 1,97 d - 0,055 v

- 0,00628 P + 0,19 d + 0,0068 ч, м где 0 37;

1,97; 0.055; 0,00628; 0,19; 0,0068 — эмпири15 ческие коэффициенты;

P — ожидаемое давление гидрообработки последующего интервала, МПа;

d — диаметр гранул керамзита, мм; ч — темп нагнетания рабочей жидко20 сти в последующий интервал обработки, л/с.