Способ разрыва пласта и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к способу и устройству интенсификации добычи нефти. Способ включает спуск в скважину механического устройства, создающего раздвигающее усилие с помощью поперечно раздвигающихся в одной продольной плоскости плашек на стенки необсаженной скважины для создания трещины. При этом устройство спускают в горизонтальную скважину и ориентируют его так, чтобы раздвигающее усилие было направлено вверх и вниз. Устройство для осуществления способа содержит корпус, соединенный с корпусом цилиндр, в котором размещен рабочий поршень, соединенный с клиновым толкателем, который оснащен парными плашками, выполненными с возможностью перемещения относительно клинового толкателя при взаимодействии с корпусом и поперечного раздвижения в одной продольной плоскости. При этом устройство снабжено одним или несколькими дополнительными корпусами с клиновыми толкателями и плашками, последовательно соединенными снизу с корпусом. Причем клиновые толкатели жестко соединены между собой. Технический результат заключается в повышении эффективности проведения гидравлического разрыва пласта. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к методам интенсификации добычи нефти.

Одним из наиболее эффективных способов интенсификации добычи нефти из пласта является его разрыв с образованием либо протяженных трещин, либо сети трещин вблизи скважины.

Трещины в пласте образуются при создании в нем напряжения, достаточного для его разрыва или раскрытия уже имеющихся в нем трещин.

Известен способ разрыва пласта (патент РФ №2300629, МПК Е21В 43/263, опубл. 10.06.2007), по которому напряжение, достаточное для его разрыва или раскрытия уже имеющихся в нем трещин, создают спуском в скважину и сжиганием в интервале пласта порохового заряда различной формы.

Его недостатками являются отсутствие направленности образования трещин, отсутствие возможности их закрепления, кратковременность воздействия, сложная управляемость процессом.

Известен также способ разрыва пласта путем создания разрывающего напряжения закачкой в пласт жидкости под высоким давлением (Экономидес М., Олини Р., Валько П. Унифицированный дизайн гидроразрыва пласта. - Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2007, с. 20).

Недостатками способа являются создание вертикальных неконтролируемых по глубине распространения трещин, зачастую достигающих водоносных горизонтов и обводняющих скважину, отсутствие возможности создания горизонтальной трещины и закрытия неудачной трещины.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является способ образования трещин созданием раскрывающего усилия в пласте с помощью механического устройства (см. а.с. №1456563, опубл. 07.02.89 в бюл. №5).

Недостатком способа является отсутствие возможности создания горизонтальной трещины, так как способ реализуют в вертикальной скважине.

Техническими задачами предлагаемого способа являются возможность создания горизонтальных трещин, эксплуатации трещины без закрепления ее или с закреплением проппантом, а также возможность закрытия трещины.

Поставленные технические задачи решаются способом разрыва пласта, включающим спуск в скважину механического устройства, создающего раздвигающее усилие с помощью поперечно раздвигающихся в одной продольной плоскости плашек на стенки не обсаженной скважины, для создания трещин.

Новым является то, что устройство спускают в горизонтальную скважину и ориентируют его так, чтобы раздвигающее усилие было направлено вверх и вниз.

Новым является так же то, что трещины закрепляют пропантом.

Новым является также то, что в горизонтальную скважину последовательно спускают два и более устройства, от забоя скважины к устью, причем устройства располагают относительно друг друга на расстоянии, позволяющем получаемым трещинам соединиться между собой.

Для реализации способа необходимо устройство, позволяющее приложить механическое усилие к стенкам открытого горизонтального ствола скважины.

Известно устройство (патент РФ №2287664, МПК Е21В 33/13, опубл. 20.11.2006), содержащее гидравлические цилиндры с поршнями и клиновой механизм с плашками, взаимодействующими со стенками скважины.

Недостатками устройства являются действие плашек во всех направлениях по окружности и неправильная форма плашек.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство (патент РФ №2395671, МПК Е21В 43/112, опубл. 27.07.2010), содержащее несколько гидравлических цилиндров, а также клиновой толкатель с парными плашками, выполненными с возможностью радиального раздвижения.

Недостатком устройства является малая длина вдоль оси скважины, получаемой трещины.

Технической задачей предлагаемого устройства является увеличение протяженности создаваемой трещины.

Поставленная техническая задача решается устройством для осуществления способа разрыва пласта, содержащим корпус, соединенный с корпусом цилиндр, в котором размещен рабочий поршень, соединенный с клиновым толкателем, который оснащен парными плашками, выполненными с возможностью перемещения относительно клинового толкателя при взаимодействии с корпусом и поперечного раздвижения в одной продольной плоскости.

Новым является то, что оно снабжено одним или несколькими дополнительными корпусами с клиновыми толкателями и плашками, последовательно соединенными снизу с корпусом, причем клиновые толкатели жестко соединены между собой.

Новым является также то, что с одной стороны корпуса каждая плашка оснащена снаружи продольным заостренным выступом, а с другой стороны корпуса - скруглена под внутренний диаметр скважины.

Сущность изобретения заключается в том, что с помощью устройства, спущенного в открытый ствол горизонтальной скважины, создают усилия, раздвигающие противоположные стенки скважины вниз и вверх. Это создает в вертикальной плоскости, плоскости вдоль оси скважины, разрывающее напряжение, приводящее к образованию горизонтальной трещины и раскрытию имеющихся горизонтальных трещин.

Преимуществом горизонтальной трещины является то, что она распространится по пласту и создаст большую поверхность фильтрации, не распространяясь до выше- или нижезалегающих водоносных пластов.

На фиг. 1 изображена схема устройства для реализации способа разрыва пласта.

На фиг. 2 изображена схема устройства для реализации способа разрыва пласта с плашками, оснащенными заостренными продольными выступами.

Устройство (фиг. 1) содержит цилиндр 1, размещенный соосно или параллельно оси скважины 2, жестко соединенный с ним клиновой толкатель 3, корпус 4 с окнами 5, в которых размещены плашки 6, взаимодействующие с клиновым толкателем 3. Внутри цилиндра 1 размещен поршень 7, полый шток 8 которого сообщен с технологическими трубами 9 и отверстием 10 с подпоршневым пространством 11, а надпоршневое пространство сообщено отверстием 12 с полостью скважины 2. Шток 8 соединен проходящей внутри клинового толкателя 3 тягой 13 с дном 14 корпуса 4. Наружная поверхность 15 плашек 6 выполнена цилиндрической с радиусом, равным радиусу скважины 2, и максимальной площадью контакта с ее поверхностью (сечение А-А) или заостренной с острой кромкой 16, параллельной оси устройства (фиг. 2). Скважина 2 пробурена в пласте 17, в котором создают трещину 18.

Устройство может быть реализовано и в смешанном варианте, когда с одной стороны корпуса 4 размещены плашки 6 с цилиндрической наружной поверхностью 15, а с другой - с заостренной наружной поверхностью 16.

Устройство, изображенное на фиг. 1, работает следующим образом.

После спуска его в горизонтальную скважину 2 на технологических трубах 9 в заданный интервал таким образом, чтобы клиновой толкатель 3 и плашки 6 находились в вертикальной плоскости, в трубы 9 закачивают жидкость под давлением. Жидкость по полому штоку 8 попадает в пространство 11 под поршнем 7, который движется в сторону устья скважины 2 (условно, вверх), вытесняя жидкость, находящуюся над поршнем 7, через отверстие 12 в стенке цилиндра 1 в полость скважины 2. При этом поршень 7 тянет через шток 8, тягу 13 и дно 14 корпус 4 вверх, который краями окон 5 увлекает вверх плашки 6. Последние, взаимодействуя с клиновым толкателем 3, жестко связанным с цилиндром 1, выдвигаются радиально наружу до упора в стенки скважины 2. При дальнейшем повышении давления закачки жидкости плашки 6, упираясь наружной поверхностью 15 в стенки скважины 2, создают напряжение в пласте 17, достаточное для его разрыва, и образуется трещина 18. После образования трещины 18 закачку жидкости прекращают, плашки 6 остаются на клиновом толкателе 3 в том же положении за счет самоторможения на клиновой поверхности, а трещина 18 - в раскрытом состоянии. Далее, после проведения исследований, отсоединяют цилиндр 1 с поршнем от клинового толкателя 3 и эксплуатируют скважину с увеличенным дебитом. Если трещина 18 попала в водоносную часть пласта, то устройство полностью извлекают, а трещина 18 закрывается.

Трещина 18 образуется в плоскости, перпендикулярной плоскости плашек 6, только горизонтальной.

Устройство на фиг. 2 в основном работает так же, как и предыдущее, но механизм разрыва отличается. Поэтому устройство устанавливают в горизонтальной скважине 2 таким образом, чтобы клиновой толкатель 3, плашки 6 и их заострения 16 располагались в горизонтальной плоскости. Так как наружный торец 16 плашек 6 выполнен заостренным и клиновидным, они под действием клинового толкателя 3 врезаются в стенки скважины 2 и раздвигают в разные стороны породу пласта 17, как клин раскалывает бревно.

Разрыв пласта и образование трещины 18 происходит в плоскости острия 16 плашки 6 в горизонтальной скважине.

При использовании смешанных плашек устройство ориентируют так же, как с заостренными плашками 16. В этом случае горизонтальные трещины 18 образуются только с одной стороны скважины 2, где находятся плашки 6 с заостренными торцами 16.

Устройство не исключает возможности при необходимости, например, если оно мешает проведению каких-либо работ в скважине и его необходимо удалить, произвести закрепление трещины 18 закачкой в нее проппанта. Если усилий, развиваемых одним цилиндром 1, недостаточно, соединяют последовательно несколько цилиндров 1 и поршней 7 с помощью полых штоков 8 так, что их усилия складываются.

Для создания более протяженных вдоль скважины трещин можно последовательно спустить в скважину несколько устройств, оставляя в скважине предыдущее или его клиновую часть. Кроме того, устройство можно выполнить с последовательным срабатыванием клиновых расширяющих узлов, чтобы не делить усилие, развиваемое цилиндром 1, на несколько.

Таким образом, предложенный способ, осуществляемый при помощи предлагаемого устройства, имеет следующие преимущества.

1. Возможность удерживания трещин раскрытыми за счет устройства без закрепления их проппантом.

2. Регулируемая ширина и протяженность трещины.

3. Возможность создания в горизонтальной скважине горизонтальной трещины.

4. Возможность закрытия трещины, если она попала в водоносный интервал.

1. Способ разрыва пласта, включающий спуск в скважину механического устройства, создающего раздвигающее усилие с помощью поперечно раздвигающихся в одной продольной плоскости плашек на стенки необсаженной скважины для создания трещин, отличающийся тем, что устройство спускают в горизонтальную скважину и ориентируют его так, чтобы раздвигающее усилие было направлено вверх и вниз.

2. Способ разрыва пласта по п. 1, отличающийся тем, что трещины закрепляют пропантом.

3. Способ разрыва пласта по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в горизонтальную скважину последовательно спускают два и более устройства от забоя скважины к устью, причем устройства располагают относительно друг друга на расстоянии, позволяющем получаемым трещинам соединиться между собой.

4. Устройство для осуществления способа разрыва пласта, содержащее корпус, соединенный с корпусом цилиндр, в котором размещен рабочий поршень, соединенный с клиновым толкателем, который оснащен парными плашками, выполненными с возможностью перемещения относительно клинового толкателя при взаимодействии с корпусом и поперечного раздвижения в одной продольной плоскости, отличающееся тем, что оно снабжено одним или несколькими дополнительными корпусами с клиновыми толкателями и плашками, последовательно соединенными снизу с корпусом, причем клиновые толкатели жестко соединены между собой.

5. Устройство для осуществления способа разрыва пласта по п. 4, отличающееся тем, что с одной стороны корпуса каждая плашка оснащена снаружи продольным заостренным выступом, а с другой стороны корпуса - скруглена под внутренний диаметр скважины.