RU2343275C2

RU2343275C2 - Method of intensification of natural gas extraction from coal beds

Info

Publication number: RU2343275C2
Application number: RU2006105514/03A
Authority: RU
Inventors: Мэттью МИЛЛЕР (RU); Мэттью Миллер; Алексей Евгеньевич Барыкин (RU); Алексей Евгеньевич Барыкин; Эрни БРАУН (US); Эрни БРАУН
Original assignee: Шлюмбергер Текнолоджи Б.В.
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2009-01-10
Also published as: RU2006105514A; CA2579245A1; US20070193737A1; CA2579245C

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention refers to methods of intensification of natural gas extraction from coal beds. Method consists in exposure of the bed to pressure pulses and in forming a cavity in the coal bed by means of cyclic increase and decrease of pressure of liquid in borehole. Also, as pressure pulses low frequency pressure pulses of high amplitude are employed. Exposure of the bed to low frequency pressure pulses of high amplitude is performed at increase of pressure of liquid in the borehole.

EFFECT: increased efficiency of natural gas extraction from coal beds due to exposure of bed to pressure pulses.

4 cl, 4 ex

Description

Настоящее изобретение относится к способу интенсификации добычи природного газа из угольных пластов.The present invention relates to a method for intensifying the production of natural gas from coal seams.

Мировые запасы природного газа, связанного с угольными месторождениями, занимают объем, составляющий 8000 триллионов кубических футов. Этот газ адсорбируется на поверхности угля и выделяется при снижении давления. Выделяющийся газ может проходить к эксплуатационным скважинам через сеть трещин угольного пласта. Из-за низкой эффективной проницаемости угольных пластов используются различные способы интенсификации добычи природного газа. Кроме того, некоторые угольные пласты увлажнены, и требуется их осушение для снижения давления в порах, чтобы начался процесс выделения газа. Воду значительно труднее удалить, чем газ, из-за того что ее вязкость более чем на два порядка превышает вязкость газа, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления в низкопроницаемой пористой сети трещин угольного пласта. Более того воду необходимо откачивать из скважины при помощи каких-либо механических устройств. Вода также снижает эффективную проницаемость сети трещин угольного пласта, создавая препятствия на входах в сужающиеся участки проводящих трещин, занимая большую часть пространства пор.The world's reserves of natural gas associated with coal deposits occupy a volume of 8,000 trillion cubic feet. This gas is adsorbed on the surface of coal and is released when pressure decreases. The evolved gas may pass to production wells through a network of coal seam fractures. Due to the low effective permeability of coal seams, various methods of intensifying natural gas production are used. In addition, some coal seams are moistened, and their drainage is required to reduce pressure in the pores, so that the gas evolution process begins. Water is much more difficult to remove than gas, due to the fact that its viscosity is more than two orders of magnitude higher than the viscosity of the gas, which leads to an increase in hydraulic resistance in a low-permeable porous network of coal seam cracks. Moreover, water must be pumped out of the well using any mechanical device. Water also reduces the effective permeability of the coal seam crack network, creating obstructions at the entrances to the narrowing portions of the conductive cracks, occupying most of the pore space.

Наиболее распространенные существующие способы извлечения метана включают создание полостей в угольном пласте (кавернообразование), гидравлический разрыв пласта и наклонно направленное бурение, осуществляемое параллельно пласту.The most common existing methane recovery methods include creating cavities in a coal seam (cavity formation), hydraulic fracturing and directional drilling parallel to the formation.

Создание полостей в угольном пласте снижает негативные последствия бурения, выражающиеся в закупорке пор призабойной зоны, а также увеличивает площадь, с которой может извлекаться метан. Обычно создание полости выполняется путем циклических нагрузок давления в скважинах со стволом, необсаженным в районе продуктивного интервала. Такая обработка обычно называется циклическим созданием полостей.The creation of cavities in the coal seam reduces the negative consequences of drilling, which are manifested in clogging of the pores of the bottomhole zone, and also increases the area from which methane can be extracted. Typically, the creation of a cavity is performed by cyclic pressure loads in wells with a trunk that is uncased in the area of the production interval. This processing is usually called cyclic cavity creation.

Обычный способ гидравлического разрыва применяется в обсаженных скважинах с перфорацией главным образом в тех случаях, когда проницаемость угля менее 20 миллидарси. Разновидностью этого способа является гидравлическое бурение, которое включает бурение исходной обсаженной скважины и дополнительной скважины на некотором расстоянии от исходной скважины для сбора обломков угольного материала и отвода воды из пласта.The usual method of hydraulic fracturing is used in cased holes with perforation mainly in cases where the permeability of coal is less than 20 millidars. A variation of this method is hydraulic drilling, which includes drilling an initial cased well and an additional well at a distance from the original well to collect fragments of coal material and drain water from the formation.

Наклонно направленное бурение заключается в наклоне бурильной колонны таким образом, чтобы бурение происходило не в вертикальном направлении, а параллельно угольному пласту.Directional drilling involves tilting the drill string so that drilling does not occur in the vertical direction, but parallel to the coal seam.

Как только соответствующая скважина закончена при помощи одного из указанных способов, производится ее осушение для снижения давления в пласте. Падение давления в пласте способствует выделению метана из толщи угля в трещины, ориентированные вдоль слоев. Если эти трещины обладают достаточно высокой проницаемостью, то есть взаимосвязанностью, метан может перетекать от угольного пласта в скважину и будет доступен для извлечения.As soon as the corresponding well is completed using one of these methods, it is drained to reduce the pressure in the reservoir. The pressure drop in the formation contributes to the release of methane from the thickness of the coal into cracks oriented along the layers. If these cracks have a sufficiently high permeability, that is, interconnectedness, methane can flow from the coal seam into the well and will be available for extraction.

При циклическом создании полости, наиболее часто используемом способе для получения метана, используются различные следующие механизмы для связи ствола скважины с сетью трещин угольного пласта: создание физической полости в угольном пласте на необсаженном участке (до 10 футов в диаметре); создание саморазвивающейся вертикальной трещины, которая распространяется на расстояние до 200 футов от ствола скважины параллельно направлению минимального напряжения; создание зоны разрушения за счет скалывающих напряжений, что повышает проницаемость в направлении, перпендикулярном направлению минимальных напряжений, как описано, например, в книге Пальмера И.Д., Ламберта С.В. и Спитлера Лж.Л. «Заканчивание и интенсификация скважин метановых угольных пластов. Глава 14 в лекциях по геологии 38, стр.303-341, 1993 и статье Ходавсрян М. и МакЛеннан «Формирование полостей: исследование механизмов и применения. Доклады Международного симпозиума по добыче метана из угольных пластов 1993 (Университет Алабамы/Тускалуза), 1993, стр.89-97.In the cyclical creation of a cavity, the most commonly used method for producing methane, various of the following mechanisms are used to connect the wellbore to a network of coal seam fractures: creating a physical cavity in the coal seam in an uncased area (up to 10 feet in diameter); creating a self-developing vertical crack that extends up to 200 feet from the wellbore parallel to the direction of minimum stress; creation of a fracture zone due to shear stresses, which increases permeability in a direction perpendicular to the direction of minimum stresses, as described, for example, in the book by I. Palmer, S. Lambert and Spitler Lj.L. “Completion and stimulation of methane coal seam wells. Chapter 14 in lectures on geology 38, pp. 303-341, 1993 and the article by M. Khodavsryan and McLennan “Formation of cavities: study of mechanisms and applications. Papers of the International Symposium on Coal Bed Methane Extraction 1993 (University of Alabama / Tuscaloosa), 1993, pp. 89-97.

Создание полостей производится путем повышения давления в скважине при помощи сжатого воздуха или пены, после чего давление резко сбрасывается. Возникающие в пласте напряжения приводят к растрескиванию угольной породы, а резкий отток жидкости - к выносу осколков угля в скважину. Эти циклы повышения и сброса давления повторяются многократно в течение нескольких часов или дней, и периодическое разрушение угольного пласта скалывающими напряжениями распространяется в боковом направлении от ствола скважины, как описано, например, в статье Кахаила А. и Массци Д. «Метод формирования полостей путем нагрузки-разгрузки для интенсификации выделения метана из скважин». Выпуск SPE 12843. Доклады симпозиума SPE по нестандартным методам добычи газа, 1984.The creation of cavities is carried out by increasing the pressure in the well with compressed air or foam, after which the pressure is sharply relieved. Stresses arising in the formation lead to cracking of the coal rock, and a sharp outflow of fluid leads to the removal of fragments of coal into the well. These cycles of pressure increase and depressurization are repeated many times over several hours or days, and the periodic destruction of the coal seam by shear stresses propagates laterally from the wellbore, as described, for example, in the article by Kakhail A. and Masszy D. “Method of cavity formation by loading unloading for intensification of methane emission from wells ”. Issue SPE 12843. Reports of the SPE Symposium on Non-Standard Methods of Gas Production, 1984.

Обычный способ гидравлического разрыва описан во многих публикациях, в том числе применительно к угольным пластам, например в статье Холдича С.А. 1990 г. «Методы заканчивания в месторождения каменного угля». SPE 20670 /Доклады 65-й Ежегодной технической конференции SPE (Новый Орлеан), стр.533.The usual method of hydraulic fracturing is described in many publications, including in relation to coal seams, for example, in the article by S. Holdich. 1990 "Methods of completion in coal deposits." SPE 20670 / Reports of the 65th SPE Annual Technical Conference (New Orleans), p. 533.

Наклонно направленное бурение не может рассматриваться как способ только для интенсификации добычи природного газа. Следует отметить, что как разрушение (обычный гидроразрыв или создание полостей), так и наклонно направленное бурение просто увеличивают суммарную площадь контакта с угольным пластом, но не обеспечивают увеличение исходной пористости угля.Directional drilling cannot be considered as a way only to intensify the production of natural gas. It should be noted that both fracture (conventional hydraulic fracturing or cavity creation) and directional drilling simply increase the total area of contact with the coal seam, but do not provide an increase in the initial porosity of the coal.

Известен инструмент для формирования полости в пласте, который производит механическое режущее действие при помощи сопел для создания полости в пласте и ее очистки, раскрытый в патенте США 6609668, 26.08.2003 г. Этот инструмент содержит множество сопел для выпуска струй, несущих воздух, воду и/или пенный буровой раствор, и нагнетаемых через каждое сопло при вращении инструмента. Инструмент предназначен для очистки и промывки старых угольных скважин, выведенных из эксплуатации.A known tool for forming a cavity in the formation, which produces a mechanical cutting action using nozzles to create a cavity in the formation and its cleaning, is disclosed in US patent 6609668, 08/26/2003. This tool contains many nozzles for the release of jets carrying air, water and / or foam drilling fluid, and injected through each nozzle as the tool rotates. The tool is designed to clean and flush old decommissioned coal wells.

К преимуществам данного инструмента относится одновременность операций промывки скважины и увеличения ее диаметра, выполняемые за один спуск инструмента. Однако этим инструментом не создаются импульсы давления.The advantages of this tool include the simultaneous washing of the well and increasing its diameter, performed in one run of the tool. However, pressure pulses are not created with this tool.

Следующие документы раскрывают способы, которые используют воздействие импульсами давления на нефтеносные пласты для повышения добычи нефти. Однако ни в одном из документов не ставилась цель повышения добычи метана из угольных пластов.The following documents disclose methods that use the action of pressure pulses on oil reservoirs to increase oil production. However, none of the documents aimed at increasing methane production from coal seams.

Принцип одновременного нагнетания и вибрации раскрыт в патенте США 4164978 (1978), патенте России 16074 (1962), в книге «Научные исследования», М., МГИ, 1975, стр.61: «Применение вибрации в нефтедобыче», М.: Недра, 1977, в Европейском патенте 0512331 (1992), патенте США 41644978 (1978), патентах России 1165801 (1985), 2084705 (1993), 2085721 (1997), 2100571 (1992), 2085721 (1994), 2175718 (1997), 2193649 (2002).The principle of simultaneous pumping and vibration is disclosed in US patent 4164978 (1978), Russian patent 16074 (1962), in the book "Scientific Research", M., MGI, 1975, p.61: "The use of vibration in oil production", M .: Nedra , 1977, in European patent 0512331 (1992), US patent 41644978 (1978), Russian patents 1165801 (1985), 2084705 (1993), 2085721 (1997), 2100571 (1992), 2085721 (1994), 2175718 (1997), 2,193,649 (2002).

Одновременное нагнетание и вибрация со специально выбираемой частотой (расчетные резонансные частоты) раскрыты в патентах США 4702315 (1987), 3863717 (1975), 3744017 (1973), патентах России 1143150 (1994), 2231631 (2002). Одновременные нагнетание и вибрация, импульсный режим нагнетания раскрыты в патенте США 4456068 (1984), патентах России 2221141 (2004), 2176728 (2000), 2200832 (2001).Simultaneous pumping and vibration with a specially selected frequency (calculated resonant frequencies) are disclosed in US patents 4702315 (1987), 3863717 (1975), 3744017 (1973), Russian patents 1143150 (1994), 2231631 (2002). Simultaneous pumping and vibration, pulsed pumping mode are disclosed in US patent 4456068 (1984), Russian patents 2221141 (2004), 2176728 (2000), 2200832 (2001).

Одновременные нагнетание и вибрация, вибрация со специальной частотой, сжигание смесей из твердого/жидкого топлива и окислителя раскрыты в патентах США 3520362 (1970), 3768520 (1973), патентах России 2128770 (1994), 2191896 (2002), 2003111855 (2004), 1434831 (1999), 1639127 (1987), 2087756 (1994).Simultaneous pumping and vibration, vibration at a special frequency, burning mixtures of solid / liquid fuels and an oxidizing agent are disclosed in US patents 3520362 (1970), 3768520 (1973), Russian patents 2128770 (1994), 2191896 (2002), 2003111855 (2004), 1434831 (1999), 1639127 (1987), 2087756 (1994).

Нагнетание и вибрация в ходе понижения давления, цикличный режим нагнетания, вибрации со специальной частотой раскрыты в патенте США 3520362 (1970), патентах России 2128770 (1994), 219896 (2002), 2003111855 (2004), 1434831 (1999), 1639127 (1987), 2087756 (1994), 2066746 (1996), 94023110 (1994).Injection and vibration during depressurization, cyclic injection, vibrations with a special frequency are disclosed in US patent 3520362 (1970), Russian patents 2128770 (1994), 219896 (2002), 2003111855 (2004), 1434831 (1999), 1639127 (1987 ), 2087756 (1994), 2066746 (1996), 94023110 (1994).

Одновременные нагнетание и вибрация, импульсный режим нагнетания, вибрации со специальной частотой, впрыск химических агентов, расклинивающих наполнителей раскрыты в патентах США 5197543 (1993), 5662165 (1997), патентах России 2193649 (2002), 2186953 (2000), 2243364 (2002), 2003111855 (2004), 2066746 (1996), 94023110 (1994).Simultaneous injection and vibration, pulse mode of injection, vibration with a special frequency, injection of chemical agents, proppants are disclosed in US patents 5197543 (1993), 5662165 (1997), Russian patents 2193649 (2002), 2186953 (2000), 2243364 (2002) , 2003111855 (2004), 2066746 (1996), 94023110 (1994).

Одновременные нагнетание и вибрация, вибрации со специальными частотами, впрыск химических агентов раскрыты в патентах США 5718289 (1998), патентах России 2175058 (1999), 2186953 (2000), 2111348 (1994), 2078200 (1994).Simultaneous pumping and vibration, vibrations with special frequencies, and the injection of chemical agents are disclosed in US patents 5718289 (1998), Russian patents 2175058 (1999), 2186953 (2000), 2111348 (1994), 2078200 (1994).

Нагнетание, вибрация, впрыск пенистых агентов, одновременно вибрации со специальными частотами, впрыск пенистых агентов раскрыты в патентах США 6467542 (2000), 6015010 (2000), 6405797 (2000), 6241019 (2000).Injection, vibration, injection of foamy agents, simultaneous vibration with special frequencies, injection of foamy agents are disclosed in US patents 6467542 (2000), 6015010 (2000), 6405797 (2000), 6241019 (2000).

Целью настоящего изобретения является увеличение эффективности способа интенсификации добычи природного газа из угольных пластов с использованием воздействия на пласт импульсами давления.The aim of the present invention is to increase the efficiency of the method of intensifying the production of natural gas from coal seams using pressure pulses on the formation.

Указанная цель достигается тем, что способ интенсификации добычи природного газа из угольных пластов включает создание полости в угольном пласте посредством циклического увеличения и снижения давления жидкости в скважине и воздействие на пласт низкочастотными импульсами давления высокой амплитуды при увеличении давления в скважине.This goal is achieved in that the method of intensifying the production of natural gas from coal seams involves creating a cavity in the coal seam by cyclically increasing and decreasing the pressure of the liquid in the well and exposing the formation to low-frequency high-pressure pressure pulses with increasing pressure in the well.

При проведении способа можно дополнительно осуществлять очистку скважины с использованием эффективной чистящей пенистой среды.When carrying out the method, it is possible to further clean the well using an effective foamy cleaning medium.

Для создания импульсов давления можно использовать генератор с жидкостным приводом, и чистящую пенистую среду нагнетать в скважину через этот генератор.To create pressure pulses, you can use a liquid-driven generator, and pump the foamy cleaning medium into the well through this generator.

В другом варианте способа для создания импульсов давления можно использовать генератор, расположенный в соседней скважине, и осуществлять одновременное воздействие на пласт импульсами давления и нагнетание пенистой чистящей среды в обрабатываемую скважину.In another embodiment of the method, a generator located in an adjacent well can be used to create pressure pulses and simultaneously apply pressure pulses to the formation and inject a foamy cleaning medium into the well being treated.

При обработке только импульсами давления приложение низкочастотных импульсов давления высокой амплитуды к угольному пласту приводит к разрушению пласта и образованию трещин в результате воздействия на него растягивающих и сдвигающих напряжений. Эти трещины могут образовываться преимущественно вдоль сети трещин угольного пласта или же вдоль новых плоскостей разрушения. Трещины имеют тенденцию занимать хаотичное положение из-за релаксации анизотропных напряжений, которые существовали до этого в угольных пластах. Кроме того, может происходить выкрашивание, скалывание или сдвиг материала пласта, что препятствует полному закрытию указанных трещин. Во всех случаях проницаемость породы увеличивается, что увеличивает выделение газа и скорость осушения пластов угля, если присутствует вода.When processing only pressure pulses, the application of high-frequency low-frequency pressure pulses to the coal seam leads to the destruction of the seam and the formation of cracks as a result of the action of tensile and shear stresses on it. These cracks can form mainly along the network of cracks in the coal seam or along new fracture planes. Cracks tend to occupy a chaotic position due to the relaxation of anisotropic stresses that previously existed in coal seams. In addition, chipping, chipping, or shearing of the formation material may occur, which prevents the complete closure of these cracks. In all cases, the permeability of the rock increases, which increases the evolution of gas and the rate of drainage of coal seams, if water is present.

Обработка импульсами давления может использоваться для усиления процесса образования полостей, который ограничен напряжениями в угольном пласте и возможностью создания глубоких разрывов вокруг скважины в результате действия на пласт растягивающих и сдвигающих напряжений во время каждого цикла увеличения и сброса давления. Приложение низкочастотных импульсов давления высокой амплитуды во время процесса увеличения и сброса давления приводит к расширению зоны разрывов во время каждого цикла формирования полости. В результате этого потребуется меньше циклов для достижения требуемого увеличения эффективного диаметра ствола скважины или результирующий диаметр эффективного ствола скважины может быть значительно больше, чем при стандартном процессе формирования полости.Pressure pulse treatment can be used to enhance the cavity formation process, which is limited by the stresses in the coal seam and the possibility of creating deep gaps around the well as a result of tensile and shear stresses applied to the formation during each pressure increase and release cycle. The application of low-frequency high-pressure pressure pulses during the process of increasing and depressurizing leads to an expansion of the fracture zone during each cavity formation cycle. As a result of this, fewer cycles are required to achieve the required increase in the effective diameter of the wellbore, or the resulting diameter of the effective wellbore can be significantly larger than with the standard cavity formation process.

Обработка импульсами давления может быть использована для улучшения процесса очистки скважины. После цикла формирования полости, при котором использовалась вода или другая среда для передачи импульсов давления, воду или другую среду заменяют на эффективную пенистую чистящую среду. Этот цикл чистки приведет к выносу мелких фрагментов угля потоком жидкости из скважины и тем самым к обеспечению беспрепятственного выделения газа из угольного пласта. Применение импульсов давления имеет преимущество перед обычным процессом с постоянным давлением в связи с тем, что импульсы давления обеспечивают периодическое сжатие и расширение пенных пузырьков с газом. Во время сжатия пузырек газа проникает в поры осколков угольного пласта. Во время расширения пузырьки разжижают осколки угля, облегчая их вынос потоком жидкости. Этот процесс выноса частиц необходим для эффективной чистки скважины и интенсифицируется пульсациями давления.Pressure pulse treatment can be used to improve the well cleaning process. After a cavity formation cycle in which water or another medium was used to transmit pressure pulses, the water or other medium is replaced with an effective foamy cleaning medium. This cleaning cycle will lead to the removal of small fragments of coal by the flow of fluid from the well and thereby to ensure unhindered gas evolution from the coal seam. The use of pressure pulses has an advantage over a conventional process with a constant pressure due to the fact that pressure pulses provide periodic compression and expansion of foam bubbles with gas. During compression, a gas bubble penetrates into the pores of fragments of a coal seam. During expansion, the bubbles dilute fragments of coal, facilitating their removal by a fluid stream. This particle removal process is necessary for effective well cleaning and is intensified by pressure pulsations.

Обработка импульсами давления может использоваться для улучшения гидравлического разрыва. Гидравлический разрыв пласта производится путем нагнетания в ствол скважины жидкости разрыва при высоких скоростях и давлении для создания разрыва пласта и последующего введения в эту жидкость расклинивающего наполнителя, например песка. Возникший разрыв заполняется расклинивающим наполнителем, который препятствует закрытию разрыва. Этот канал с высокой проводимостью позволяет как воде, так и газу протекать с большой скоростью от угольного пласта к стволу скважины. К основным параметрам гидравлического разрыва относятся гидравлическая проводимость разрыва и геометрия разрыва. Искусственные разрывы способны проводить добываемые жидкости или газы. Разрывы с правильными геометрическими формами соединяют большое число естественных трещин, пронизывая резервуар и объединяя его со скважиной. Воздействие импульсами давления на пласт до начала создания разрыва в пласте, на этапе закачки жидкости разрыва без расклинивающего наполнителя в пласт, на этапе закачки жидкости разрыва с расклинивающим наполнителем или во время проведения всех операций разрыва приводит к следующим результатам.Pressure pulse treatment can be used to improve hydraulic fracturing. Hydraulic fracturing is carried out by forcing a fracture fluid into a wellbore at high speeds and pressure to create a fracturing and then introducing a proppant, such as sand, into the fluid. The resulting gap is filled with proppant, which prevents the gap from closing. This channel with high conductivity allows both water and gas to flow at high speed from the coal seam to the wellbore. The main parameters of hydraulic fracturing include hydraulic conductivity of the fracture and fracture geometry. Artificial fractures are capable of conducting produced fluids or gases. Gaps with regular geometric shapes connect a large number of natural cracks, permeating the reservoir and combining it with the well. The impact of pressure pulses on the formation before creating a fracture in the formation, at the stage of pumping the fracture fluid without proppant into the reservoir, at the stage of pumping the fracture fluid with proppant, or during all fracturing operations, leads to the following results.

Трещины угольного пласта, расположенные вдоль слоев, которые пересекаются разрывом, расширяются и приобретают неровную структуру, тем самым увеличивая свою проницаемость и способность питать разрыв.Coal seam cracks located along layers that intersect with a fracture expand and become uneven, thereby increasing their permeability and ability to nourish the fracture.

Угольный пласт вдоль поверхности разрыва подвергается разрушению в результате растяжения и сдвига. Уголь раскрашивается, и результирующий разрыв становится шире, чем разрыв, образующийся при обычном процессе. Более широкий разрыв имеет большую гидравлическую проводимость, чем более узкий разрыв. Такой разрыв не требует обязательного применения расклинивающего наполнителя для предотвращения закрытия разрыва. Исключение расклинивающего наполнителя в разрывах приводит к увеличению пористости канала (если канал не перекрывается под действием напряжения закрытия трещины), что в свою очередь увеличивает гидравлическую проводимость разрыва. Разрыв легче распространяется из-за того, что импульсы давления вызывают эффект усталостного разрушения породы.The coal seam along the fracture surface undergoes fracture as a result of tension and shear. Coal is colored, and the resulting gap becomes wider than the gap formed in the usual process. A wider gap has greater hydraulic conductivity than a narrower gap. Such a gap does not require the use of proppant to prevent closure of the gap. The exclusion of proppant in breaks leads to an increase in the porosity of the channel (if the channel does not overlap under the action of the crack closing voltage), which in turn increases the hydraulic conductivity of the fracture. The gap is easier to propagate due to the fact that pressure pulses cause the effect of fatigue fracture of the rock.

Создание импульсов давления для вышеописанных способов интенсификации добычи природного газа из угольных пластов может осуществляться, например, следующими генераторами импульсов давления. Может быть использован скважинный гидродинамический генератор, который создает колебания давления при закачке через него жидкости. Специальный механизм для временной блокировки и выпуска потока жидкости создает колебания. Таким механизмом могут являться механические клапаны, инерциальные клапаны вихревого типа, вращающиеся сопла, из которых выпускается жидкость при совмещении сопел, и блокируется, когда сопла не совмещены. В полностью механическом генераторе импульсов давления импульсы сжатия в жидкости создаются при ударе двух тел друг о друга. В электродинамическом импульсном генераторе используется электрический разряд для создания сильной ударной волны. Могут быть использованы также генераторы, использующие гидравлический удар, и генераторы импульсов на основе сгорания горюче-окислительных составов.The creation of pressure pulses for the above methods of intensifying the production of natural gas from coal seams can be carried out, for example, by the following pressure pulse generators. A downhole hydrodynamic generator can be used, which creates pressure fluctuations when fluid is pumped through it. A special mechanism for temporarily blocking and discharging fluid flow creates oscillations. Such a mechanism can be mechanical valves, vortex type inertial valves, rotating nozzles, from which liquid is discharged when nozzles are aligned, and is blocked when nozzles are not aligned. In a fully mechanical pressure pulse generator, compression pulses in a liquid are created when two bodies collide with each other. An electrodynamic pulse generator uses an electric discharge to create a strong shock wave. Generators using water hammer and pulse generators based on the combustion of combustible oxidizing compounds can also be used.

Для способов согласно настоящему изобретению могут быть использованы генераторы импульсов давления, раскрытые, например, в следующих патентах: патенты США №№4164978 (1978), 41644978 (1978), 4702315 (1987), 3863717 (1975), 4456068 (1984), 3520362 (1970), 3768520 (1973), 5197543 (1993), 5662165 (1997), 5718289 (1998), 6467542 (2000), 6015010 (2000), 6405797 (2000), 6241019 (2000); патентные документы России No. 16074 91962), 1165801 (1985), 2084705 (1993), 2085721 (1997), 2100571 (1992), 2085721 (1994), 2175718 (1997), 2193649 (2002), 1143150 (1994), 2231631 (2002), 2221141 (2004), 2176728 (2000), 2200832 (2001), 2128770 (1994), 2191896 (2002), 2003111855 (2004), 1434831 (1999), 1639127 (1987), 2087756 (1994), 2066746 (1996), 94023110 (1994), 2193649 (2002), 2186953 (2000), 2243364 (2002), 2003111855 (2004), 2175058 (1999), 2186953 (2000), 2111348 (1994), 2078200 (1994), 2175058 (1999), 2186953 (2000), 2111348 (1994), 2078200 (1994) и в приведенной выше публикации «Научные исследования» 1975, стр.61.For the methods according to the present invention, pressure pulse generators can be used, disclosed, for example, in the following patents: US Pat. Nos. 4,164,978 (1978), 4,164,478 (1978), 4,704,315 (1987), 3,863,717 (1975), 4,456,068 (1984), 3,520,362 (1970), 3768520 (1973), 5197543 (1993), 5662165 (1997), 5718289 (1998), 6467542 (2000), 6015010 (2000), 6405797 (2000), 6241019 (2000); Patent Documents of Russia No. 16074 91962), 1165801 (1985), 2084705 (1993), 2085721 (1997), 2100571 (1992), 2085721 (1994), 2175718 (1997), 2193649 (2002), 1143150 (1994), 2231631 (2002), 2221141 (2004), 2176728 (2000), 2200832 (2001), 2128770 (1994), 2191896 (2002), 2003111855 (2004), 1434831 (1999), 1639127 (1987), 2087756 (1994), 2066746 (1996), 94023110 (1994), 2193649 (2002), 2186953 (2000), 2243364 (2002), 2003111855 (2004), 2175058 (1999), 2186953 (2000), 2111348 (1994), 2078200 (1994), 2175058 (1999), 2186953 (2000), 2111348 (1994), 2078200 (1994) and in the above publication “Scientific Research” 1975, p. 61.

Наиболее предпочтительным, но необязательным вариантом для заявленных способов является использование скважинных импульсов давления, генерирующих импульсы в обрабатываемой скважине. К скважинным генераторам, которые могут быть использованы в способах согласно изобретению, относится, например, генератор, раскрытый в патенте США 6015010, предназначенный для создания волн сжатия в стволе скважины и содержащий насосную установку, устанавливаемую в устье скважины, эксплутационную колонну НКТ, спускаемую вниз в обсадную эксплутационную колонну скважины, блока полых цилиндров, соединенного с нижней частью колонны НКТ, и пары плунжеров, установленных в цилиндровом блоке и соединенных с насосной установкой с насосными и полировочными штангами, которые служат для сжатия жидкости, содержащейся в цилиндровом блоке, и для подачи сжатой жидкости в обсадную колонну скважины, создавая, таким образом, ударную волну. Цилиндровый блок включает полый верхний цилиндр, полый нижний цилиндр, установленный под верхним цилиндром, переходной цилиндр, установленный между верхним и нижним цилиндрами, и компрессорный цилиндр с камерой сжатия, установленной между переходным и верхним цилиндрами. Внутренний диаметр нижнего цилиндра больше, чем верхнего, а диаметр нижнего плунжера больше, чем диаметр верхнего. Кроме того, нижний цилиндр соответствует размеру нижнего плунжера, а верхний цилиндр соответствует размеру верхнего плунжера. Когда плунжеры смещаются вверх по цилиндровому блоку, нижний плунжер переходит в камеру сжатия, а верхний плунжер выходит из нее. Благодаря тому что диаметр нижнего плунжера больше, чем диаметр верхнего, объем камеры сжатия сокращается, таким образом, находящаяся в нем жидкость сжимается. Когда насосная установка достигает своего верхнего положения, нижний плунжер выпускает сжатую жидкость, находящуюся в камере сжатия, в скважину. В этот момент происходит быстрое стравливание давления и создается обширный удар в стволе скважины с амплитудой 200-250 бар.The most preferred, but not necessary option for the claimed methods is the use of downhole pressure pulses generating pulses in the well being treated. Well generators that can be used in the methods of the invention include, for example, the generator disclosed in US Pat. No. 6,015,010, for generating compression waves in a wellbore and comprising a pumping unit installed at the wellhead, a tubing string running down into casing production casing of a well, a block of hollow cylinders connected to the lower part of the tubing string, and a pair of plungers installed in the cylinder block and connected to the pumping unit with pumping and polishing units paid-rods which serve to compress the liquid contained in the cylinder block, and for supplying compressed fluid in the well casing, thus creating a shock wave. The cylinder block includes a hollow upper cylinder, a hollow lower cylinder mounted under the upper cylinder, a transition cylinder installed between the upper and lower cylinders, and a compressor cylinder with a compression chamber installed between the transition and upper cylinders. The inner diameter of the lower cylinder is larger than the upper, and the diameter of the lower plunger is larger than the diameter of the upper. In addition, the lower cylinder corresponds to the size of the lower plunger, and the upper cylinder corresponds to the size of the upper plunger. When the plungers move up the cylinder block, the lower plunger enters the compression chamber, and the upper plunger leaves it. Due to the fact that the diameter of the lower plunger is larger than the diameter of the upper one, the volume of the compression chamber is reduced, thus, the liquid in it is compressed. When the pump unit reaches its upper position, the lower plunger releases the compressed fluid located in the compression chamber into the well. At this point, rapid pressure release occurs and an extensive impact is created in the wellbore with an amplitude of 200-250 bar.

Способ интенсификации добычи природного газа из угольных пластов посредством обработки пласта импульсами давления может быть осуществлен посредством приложения низкочастотных импульсов давления высокой амплитуды к угольному пласту, приводящему к возникновению разрывов в структуре пласта. Этот способ осуществляется следующим образом.A method of intensifying natural gas production from coal seams by treating the seam with pressure pulses can be implemented by applying low-frequency high-pressure pressure pulses to the coal seam, leading to gaps in the formation structure. This method is as follows.

Осуществляют подготовку ствола скважины путем размещения генератора импульсов давления в стволе скважины приблизительно в зоне обработки и при необходимости заполнения скважины несжимаемой жидкостью для обеспечения эффективной связи генератора импульсов давления с угольным пластом и передачи импульсов давления к пласту. Далее регулируют генератор импульсов давления таким образом, чтобы он создавал импульсы давления требуемой частоты и амплитуды. Для обеспечения обработки импульсами давления на глубине проникновения в пласт в несколько метров должны использоваться низкочастотные волны, наиболее близкие к резонансной частоте угольного пласта. Информация о правильном определении частоты и амплитуды импульсов давления для конкретного типа пластов содержится, например, в Европейском патенте 0512331 (1992), патенте США 41644978 (1978), патентах России 1165801 (1985), 2084705 (1993), 2085721 (1997), 2100571 (1992), 2085721 (1994), 2175718 (1997), 2193649 (2002).The wellbore is prepared by placing the pressure pulse generator in the wellbore approximately in the treatment zone and, if necessary, filling the well with incompressible fluid to ensure effective communication of the pressure pulse generator with the coal seam and transmitting pressure pulses to the formation. Next, adjust the pressure pulse generator so that it creates pressure pulses of the required frequency and amplitude. To ensure processing by pressure pulses at a penetration depth of several meters, low-frequency waves should be used that are closest to the resonant frequency of the coal seam. Information on the correct determination of the frequency and amplitude of pressure pulses for a particular type of formation is contained, for example, in European patent 0512331 (1992), US patent 41644978 (1978), Russian patents 1165801 (1985), 2084705 (1993), 2085721 (1997), 2100571 (1992), 2085721 (1994), 2175718 (1997), 2193649 (2002).

Время обработки определяется эмпирически в зависимости от свойств угольного пласта режима обработки. Рекомендации по продолжительности операции можно также найти в вышеупомянутых патентах.Processing time is determined empirically depending on the properties of the coal seam treatment mode. Recommendations for the duration of the operation can also be found in the above patents.

После прекращения подачи импульсов давления при необходимости проводят процедуру осушения угольного пласта, используя насос для удаления избыточной воды или полного удаления воды из скважины. Далее, если необходимо, можно провести процедуру очистки скважины от осколков угля любым известным способом, например, путем впрыскивания чистящей пенистой среды, например азота, пены или аэрированной жидкости.After stopping the supply of pressure pulses, if necessary, carry out the drainage of the coal seam using a pump to remove excess water or completely remove water from the well. Further, if necessary, it is possible to carry out a procedure for cleaning a well from coal fragments by any known method, for example, by injecting a cleaning foamy medium, for example nitrogen, foam or aerated liquid.

Вышеописанные стадии можно повторить требуемое число раз. Далее, при необходимости, извлекают генератор, устанавливают эксплуатационное оборудование и начинают добычу газа.The above steps may be repeated as many times as necessary. Then, if necessary, the generator is removed, the operational equipment is installed and gas production begins.

Способ интенсификации добычи природного газа из угольных пластов может осуществляться посредством обработки пласта импульсами давления для улучшения образования полостей в угольном пласте.A method of intensifying natural gas production from coal seams can be carried out by treating the formation with pressure pulses to improve the formation of cavities in the coal seam.

При проведении указанного способа осуществляют подготовку ствола скважины, при которой размещают генератор импульсов, например генератор с жидкостным приводом, в стволе скважины, располагая его приблизительно в зоне обработки, при необходимости заполняют ствол скважины несжимаемой жидкостью для обеспечения связи генератора импульсов давления с угольным пластом и передачи импульсов давления к пласту. При этом регулируют генератор импульсов давления таким образом, чтобы он создавал импульсы давления требуемой частоты и амплитуды. Выбор режима и продолжительности обработки осуществляют, как описано выше. При осуществлении данного способа можно использовать генератор импульсов давления с выпуском жидкости без резонатора так, чтобы пульсирующая струя производила режущее действие на пласт. Далее повышают давление в скважине выше давления в порах путем впрыскивания жидкости, например азота, пены или аэрированной жидкости, которое может осуществляться через указанный генератор. Осуществляют быстрый сброс давления в скважине, при котором образуются осколки угля. На поверхности открывают клапан на "выкидном колодце". Далее при необходимости осуществляют очистку скважины посредством пропускания аэрированной жидкости или пены через обрабатываемый интервал скважины для разжижения и выноса осколков угля на поверхность.When carrying out this method, a wellbore is prepared, in which a pulse generator, for example, a fluid-driven generator, is placed in the wellbore, having it located approximately in the processing zone, if necessary, the wellbore is filled with incompressible fluid to ensure the connection of the pressure pulse generator with the coal seam and transmission pressure pulses to the reservoir. At the same time, the pressure pulse generator is regulated so that it creates pressure pulses of the required frequency and amplitude. The choice of mode and duration of processing is carried out as described above. When implementing this method, you can use the pressure pulse generator with the release of fluid without a resonator so that the pulsating jet produces a cutting effect on the reservoir. Further, the pressure in the well is increased above the pressure in the pores by injecting a liquid, for example nitrogen, foam or aerated liquid, which can be carried out through the specified generator. A quick pressure relief is carried out in the borehole, at which fragments of coal are formed. On the surface, open the valve on the "flow well". Then, if necessary, the well is cleaned by passing aerated liquid or foam through the processed interval of the well to thin and carry coal fragments to the surface.

Для проведения следующего цикла образования полости заполняют скважину несжимающейся жидкостью и повторяют вышеописанные стадии до прекращения выноса осколков угля во время сброса давления. При необходимости генератор извлекают и устанавливают эксплуатационное оборудование и начинают добычу газа.To carry out the next cycle of cavity formation, the well is filled with an incompressible fluid and the above steps are repeated until the removal of coal fragments during depressurization ceases. If necessary, the generator is removed and installed operational equipment and start gas production.

Обработка импульсами давления может быть использована для улучшения очистки скважины от осколков угля. Для этого после проведения цикла образования полости в угольном пласте жидкость, предназначенную для передачи импульсов давления, например воду или другую эффективную среду, заменяют на эффективную чистящую пенистую среду. При сжатии пенистая среда проникает в поры угольных осколков и разжижает их, облегчая увлечение угольных осколков потоком. Этот процесс выноса осколков угля требуется для эффективной очистки скважины и может быть интенсифицирован при помощи импульсов давления.Pressure pulse treatment can be used to improve the cleaning of the well from fragments of coal. For this, after conducting a cycle of formation of a cavity in a coal seam, a liquid intended to transmit pressure impulses, for example water or another effective medium, is replaced by an effective cleaning foam medium. When compressed, the foamy medium penetrates into the pores of the coal fragments and dilutes them, facilitating the entrainment of the coal fragments by the flow. This process of removal of fragments of coal is required for effective cleaning of the well and can be intensified using pressure pulses.

При осуществлении данного способа объединяют подачу импульсов давления и впрыскивание чистящей жидкости. При этом при использовании генераторов с жидкостным приводом проводят закачивание чистящей жидкости через этот генератор. При использовании генератора импульсов давления, установленного в соседнюю скважину, осуществляют одновременно подачу импульсов в пласт и подачу чистящей жидкости в обрабатываемую скважину. Циркуляцию чистящей жидкости в скважине заканчивают при отсутствии выноса на поверхность осколков угля.When implementing this method combine the supply of pressure pulses and injection of cleaning fluid. In this case, when using generators with a liquid drive, the cleaning fluid is pumped through this generator. When using a pressure pulse generator installed in a neighboring well, simultaneously supply pulses to the formation and supply cleaning fluid to the well being treated. The circulation of the cleaning fluid in the well is completed in the absence of removal of coal fragments to the surface.

Обработка импульсами давления может быть использована для улучшения гидравлического разрыва.Pressure pulse treatment can be used to improve hydraulic fracturing.

При осуществлении данного способа осуществляют подготовку ствола скважины посредством размещения генератора импульсов в скважине приблизительно в зоне обработки и заполнения скважины несжимаемой жидкостью, при необходимости, для обеспечения связи генератора импульсов давления с угольным пластом.In the implementation of this method, the wellbore is prepared by placing a pulse generator in the well approximately in the processing zone and filling the well with an incompressible fluid, if necessary, to ensure the connection of the pressure pulse generator with the coal seam.

Осуществляют подготовку к закачке жидкости гидравлического разрыва в пласт, регулируют генератор импульсов давления таким образом, чтобы создавать импульсы давления требуемой частоты и амплитуды. Выбор режима и продолжительности обработки осуществляют, например, согласно вышеуказанным патентам.Prepare for injection of hydraulic fracturing fluid into the reservoir, adjust the pressure pulse generator in such a way as to create pressure pulses of the required frequency and amplitude. The choice of mode and duration of processing is carried out, for example, according to the above patents.

Гидравлический разрыв угольного пласта осуществляют путем стадий нагнетания в ствол скважины жидкости разрыва при высоких скоростях и давлениях для создания разрыва пласта, последующего введения в жидкость разрыва расклинивающего наполнителя для предотвращения закрытия созданного разрыва и заключительного нагнетания жидкости разрыва без расклинивающего наполнителя для промывки скважины. При этом импульсами давления воздействуют на угольный пласт до создания гидравлического разрыва или при нагнетании в ствол скважины жидкости разрыва для создания разрыва пласта, или при введении в жидкость разрыва расклинивающего наполнителя, или при заключительном нагнетании жидкости разрыва для промывки скважины, или при осуществлении нескольких или всех указанных стадий. Выбранный режим воздействия импульсами давления при различных стадиях гидравлического разрыва влияет на результирующую геометрию разрыва пласта.Hydraulic fracturing of a coal seam is carried out by the stages of pumping a fracture fluid into a wellbore at high speeds and pressures to create a fracture, then introducing a proppant into the fracture fluid to prevent closure of the created fracture and finally injecting the fracture fluid without proppant to flush the well. In this case, pressure pulses are applied to the coal seam until a hydraulic fracture is created or when a fracture fluid is injected into the wellbore to create a fracture, or when a proppant is introduced into the fracture fluid, or during the final injection of the fracture fluid to flush the well, or when several or all these stages. The selected mode of exposure to pressure pulses at various stages of hydraulic fracturing affects the resulting fracture geometry.

В одном из вариантов способа проводят операции гидравлического разрыва без использования расклинивающего наполнителя. Возможность осуществления такого способа была объяснена выше.In one embodiment of the method, hydraulic fracturing operations are carried out without the use of proppant. The possibility of implementing such a method has been explained above.

После завершения стадий гидравлического разрыва при необходимости извлекают генератор, устанавливают эксплуатационное оборудование и начинают добычу газа.After completion of the hydraulic fracturing stages, if necessary, the generator is removed, production equipment is installed and gas production is started.

Ниже приводятся конкретные примеры реализации вышеописанных способов.The following are specific examples of the implementation of the above methods.

Для определения необходимой частоты генерации импульсов давления для различных режимов применения в вышеописанных способах используются следующие алгоритмы, которые далее называются «Алгоритм».To determine the required frequency of the generation of pressure pulses for various application modes in the above methods, the following algorithms are used, which are further called the "Algorithm".

Алгоритм 1 - это использование экспериментальных данных, свидетельствующих о том, что эффективное образование трещин в результате растяжения и сдвига пласта происходит в диапазоне частот следования импульсов (количество импульсов в секунду) от 0,1 до 500 герц.Algorithm 1 is the use of experimental data indicating that the effective formation of cracks as a result of extension and shear of the formation occurs in the range of pulse repetition frequencies (number of pulses per second) from 0.1 to 500 hertz.

Алгоритм 2 предполагает установку измерительной системы до обработки пласта в наблюдательную скважину для измерения характеристик вибрации пласта. Измерительная система должна иметь связь с исследуемым продуктивным интервалом. Затем устанавливают генератор импульсов давления в соседнюю скважину, включают его для создания импульсов давления, ступенчато увеличивают частоту генератора, регистрируют колебания пласта в наблюдательной скважине и выбирают наиболее эффективную частоту посредством оценки вибраций пласта в наблюдательной скважине, отвечающих определенным частотам работы генератора.Algorithm 2 involves the installation of a measuring system before processing the formation in an observation well to measure the characteristics of the vibration of the formation. The measuring system must be connected with the studied productive interval. Then, a pressure pulse generator is installed in a neighboring well, it is turned on to create pressure pulses, the generator frequency is increased stepwise, formation oscillations are recorded in the observation well and the most effective frequency is selected by evaluating the formation vibrations in the observation well corresponding to certain generator operating frequencies.

Алгоритм 3 предполагает запись системы уравнений линейно упругой пористой среды, представляющей пласт вокруг ствола скважины, решение уравнений для условий, при которых пласт подвержен воздействию периодических импульсов давления или единичного импульса давления, расчет зоны разрушения пласта от действия сил растяжения и сдвига в пласте вокруг ствола скважины и выбор частоты и амплитуды импульсов давления, которые обеспечивают максимальные размеры зоны разрушения пласта.Algorithm 3 involves writing down a system of equations of a linearly elastic porous medium representing the formation around the wellbore, solving equations for the conditions under which the formation is exposed to periodic pressure pulses or a single pressure impulse, calculating the formation destruction zone from the action of tensile and shear forces in the formation around the wellbore and the selection of the frequency and amplitude of the pressure pulses that provide the maximum dimensions of the fracture zone.

Алгоритм 4 предполагает запись системы уравнений линейно упругой пористой среды, представляющей пласт вокруг ствола скважины, решение уравнения для условий, при которых пласт подвержен воздействию периодических импульсов давления или единичного импульса давления, расчет зоны разрушения пласта от действия сил растяжения и сдвига в пласте вокруг трещины в пласте и выбор частоты и амплитуды, которые обеспечивают максимальные размеры зоны разрушения.Algorithm 4 involves writing down a system of equations of a linearly elastic porous medium representing a formation around a wellbore, solving an equation for the conditions under which a formation is exposed to periodic pressure pulses or a single pressure impulse, and calculating the formation destruction zone from the action of tensile and shear forces in the formation around the fracture in formation and the choice of frequency and amplitude, which provide the maximum size of the fracture zone.

В нижеприведенных примерах использовали генератор импульсов давления, раскрытый в патенте США 6015010, который является механическим, создает импульсы давления при ходе насосных штанг вверх и вниз при работе насоса-качалки на поверхности и способен обеспечить гидравлический удар в стволе скважины с амплитудой 200-250 бар.In the examples below, the pressure pulse generator disclosed in U.S. Pat. No. 6,015,010, which is mechanical, uses pressure pulses when the sucker rods move up and down when the rocking pump operates on the surface and is capable of providing a water hammer in the wellbore with an amplitude of 200-250 bar.

Пример 1Example 1

Применение воздействия импульсами давления на угольный пласт для повышения эффективности создания полости в угольном пластеThe use of pressure pulses on a coal seam to increase the efficiency of creating a cavity in a coal seam

а) Скважина проходит в угольный пласт, содержащий адсорбированный метан, на глубину приблизительно 800 метров. Продуктивный интервал имеет протяженность 10 метров, пористость 2%, проницаемость 25 миллидарси, температуру 25°С, пластовое давление равно 50 бар, модуль упругости 0,5 млн. фунтов на кв. дюйм и коэффициент Пуассона 0,34.a) The well passes into a coal seam containing adsorbed methane to a depth of approximately 800 meters. The production interval has a length of 10 meters, porosity of 2%, permeability of 25 millidarsi, temperature of 25 ° C, reservoir pressure of 50 bar, elastic modulus of 0.5 million pounds per square. inch and Poisson's ratio of 0.34.

Используют «Алгоритм» для определения возможности обработки этой скважины с помощью генератора, создающего импульсы давления 50 бар с частотой 60 герц.Use the "Algorithm" to determine the possibility of processing this well with a generator that generates pressure pulses of 50 bar with a frequency of 60 hertz.

Скважину заполняют солевым раствором с концентрацией KCl 4% по весу для контроля давления. С помощью установки капитального ремонта скважин извлекают скважинный штанговый насос, насосные штанги и эксплуатационную колонну НКТ с пакером. Генератор импульсов давления устанавливают на эксплуатационной колонне НКТ, и эту колонну вновь спускают в скважину. Закачку жидкости для обработки прискважинной зоны начинают после спуска генератора на глубину, соответствующую кровле продуктивного интервала. Через генератор закачивают отфильтрованный раствор (с весовой концентрацией KCl 4%). Закачиваемая жидкость, проходя через генератор, периодически создает давление в аккумуляторе. Во время повышения давления в аккумулятор поступает некоторая часть закачиваемой жидкости, и поэтому общий расход закачки в пласт меньше среднего расхода закачки, в связи с чем давление закачки на забое падает. В момент полного заполнения аккумулятора рост давления инициирует быстрый сброс накопленной жидкости. Этот сброс увеличивает общий расход закачки в пласт, который превышает средний расход закачки, и поэтому давление закачки на забое возрастает. С помощью этого механизма периодических пульсаций создают необходимые амплитуды и частоты импульсов давления. Закачку продолжают до достижения давлением разрыва пласта. Здесь давление гидравлического разрыва пласта - это давление, при котором гидростатический напор жидкости инициирует развитие трещины от ствола скважины. Импульсы давления, созданные генератором, периодически превышают давление гидравлического разрыва. Когда закачиваемая жидкость поступает в породу, в прискважинной зоне создается градиент давления. Градиент давления в сочетании с периодическими импульсами давления вызывает разрушение породы в прискважинной зоне пласта вследствие деформаций растяжения. Импульсы давления разрушают блоки матрицы угольного пласта, дробя угольный пласт вдоль сети трещин. Такую обработку импульсами давления выполняют в течение промежутка времени от 15 минут до нескольких часов.The well is filled with saline with a KCl concentration of 4% by weight to control pressure. Using a well overhaul installation, a downhole sucker rod pump, sucker rods and tubing production string with a packer are removed. The pressure pulse generator is installed on the tubing production string, and this string is again lowered into the well. The injection of fluid for processing the borehole zone begins after the descent of the generator to a depth corresponding to the roof of the productive interval. A filtered solution (with a weight concentration of KCl of 4%) is pumped through the generator. The injected fluid, passing through the generator, periodically creates pressure in the accumulator. During pressure increase, some part of the injected fluid enters the accumulator, and therefore the total injection rate into the reservoir is less than the average injection rate, and therefore the injection pressure at the bottom decreases. When the accumulator is completely filled, the pressure increase initiates a rapid discharge of the accumulated liquid. This discharge increases the total flow rate of injection into the reservoir, which exceeds the average flow rate of injection, and therefore the injection pressure at the bottom increases. Using this mechanism of periodic pulsations, the necessary amplitudes and frequencies of pressure pulses are created. The injection is continued until the fracture pressure is reached. Here, the hydraulic fracturing pressure is the pressure at which the hydrostatic pressure of the fluid initiates the development of a fracture from the wellbore. The pressure pulses created by the generator periodically exceed the hydraulic fracture pressure. When the injected fluid enters the rock, a pressure gradient is created in the borehole zone. The pressure gradient in combination with periodic pressure pulses causes the destruction of the rock in the near-wellbore zone of the reservoir due to tensile deformations. Pressure pulses destroy the blocks of the matrix of the coal seam, crushing the coal seam along the network of cracks. Such treatment with pressure pulses is performed over a period of time from 15 minutes to several hours.

В конце обработки импульсами давления указанный солевой раствор вытесняют в пласт с помощью пенного азота (0,7/0,3 объемная смесь азота и воды с загустителем и поверхностно-активным веществом (ПАВ) для стабилизации структуры пены, конкретные объемные доли определяют для данных забойных условий). Закачку азота продолжают для создания давления в прискважинной зоне до величины, намного превышающей величину пластового давления. Пена способна легко проникать в ослабленный и разрушенный угольный пласт. После закачки всего объема пены (объем должен обеспечить заполнение продуктивного интервала на глубину радиусом до 3 метров), в стволе скважины быстро сбрасывают давление. При сбросе давления ослабленный и разрушенный до состояния щебня уголь выносится через скважину на поверхность в приемный резервуар. Вынос обломков угля и азота из скважины продолжается до полного сброса давления. В ходе обработки увеличивается радиус ствола скважины, а также очищаются поры угольной породы непосредственно вокруг ствола скважины. В течение периода времени от нескольких часов до одного или нескольких дней можно выполнить от 2 до 10 циклов обработки, включающих генерацию импульсов давления, создание избыточного забойного давления с помощью пены и быстрого сброса давления в скважине. Процесс создания импульсов давления значительно повышает эффективность разрушения угольного пласта и создание полости.At the end of the treatment with pressure pulses, the specified saline solution is displaced into the formation using foam nitrogen (0.7 / 0.3 volume mixture of nitrogen and water with a thickener and a surfactant) to stabilize the structure of the foam, specific volume fractions are determined for the bottomhole data conditions). The nitrogen injection is continued to create pressure in the near-wellbore zone to a value much higher than the reservoir pressure. Foam can easily penetrate a weakened and destroyed coal seam. After pumping the entire volume of foam (the volume should ensure that the productive interval is filled to a depth of up to 3 meters), the pressure in the wellbore rapidly drops. When the pressure is released, the coal weakened and destroyed to the state of crushed stone is carried through the borehole to the surface into the receiving tank. The removal of fragments of coal and nitrogen from the well continues until the pressure is completely released. During processing, the radius of the wellbore increases, and the pores of the coal are cleaned directly around the wellbore. Over a period of time from several hours to one or several days, from 2 to 10 treatment cycles can be performed, including the generation of pressure pulses, the creation of excess bottomhole pressure using foam and a quick pressure relief in the well. The process of creating pressure pulses significantly increases the efficiency of the destruction of the coal seam and the creation of the cavity.

Затем скважину очищают путем закачивания пенной жидкости и ее последующей циркуляции через ствол скважины для разжижения и выноса шлама из ствола скважины. Такую циркуляцию выполняют путем закачки жидкости по гибким насосно-компрессорным трубам (НКТ), спущенным на уровень кровли продуктивного интервала и постепенно продвигаемым к забою через небольшие интервалы. Периодически глубину погружения гибкой НКТ выдерживают постоянной для обеспечения тщательной очистки данного интервала от обрушившегося материала. Очистку ствола скважины с помощью гибких НКТ продолжают до достижения забоя. Затем гибкие НКТ извлекают из скважины, продолжая циркуляцию. После подъема гибких НКТ в скважину вновь спускают эксплуатационную колонну НКТ, насосные штанги и насос. Скважину вновь начинают эксплуатировать.Then, the well is cleaned by pumping foam liquid and its subsequent circulation through the wellbore to dilute and remove the sludge from the wellbore. Such circulation is carried out by pumping fluid through flexible tubing (tubing), lowered to the roof level of the productive interval and gradually advanced to the bottom at small intervals. Periodically, the immersion depth of the flexible tubing is kept constant to ensure thorough cleaning of this interval from collapsed material. Flexible wellbore cleaning is continued until the bottom hole is reached. Flexible tubing is then removed from the well while continuing to circulate. After the flexible tubing has been lifted into the well, the tubing string, pump rods and pump are again lowered. The well is once again being exploited.

б) Способ согласно данному примеру осуществляют аналогично примеру а), но модифицируют процесс очистки скважины.b) The method according to this example is carried out analogously to example a), but the well cleaning process is modified.

Как и в вышеописанном примере, скважину чистят в конце циклов повышения и сброса давления. Циркуляцию выполняют путем закачки жидкости по гибким насосно-компрессорным трубам (НКТ), спущенным на уровень кровли продуктивного интервала и постепенно опускаемым к забою через небольшие интервалы в накоплениях обрушившегося материала. Периодически глубину погружения гибких НКТ выдерживают постоянной для более тщательной очистки данного интервала ствола скважины перед дальнейшим продвижением к забою. Очистку ствола скважины с помощью гибких НКТ продолжают до очистки скважины до самого забоя. В данном примере повышают эффективность очистки скважины, применяя генератор импульсного давления во время циркуляции пены. Во время работы генератора импульсов давления пузырьки пены начинают пульсировать, поочередно увеличиваясь и уменьшаясь. Во время импульсов сжатия пена проникает в поры между угольными обломками, находящимися в стволе скважины. В ходе расширения пузырьков пена разрыхляет слой угольных обломков, содействуя их захвату циркулирующим потоком. Генератор импульсов давления устанавливают на конце гибких НКТ. Он имеет такой же механизм генерации импульсов давления и характеристики импульсов, как и у генератора, применяемого для создания полости. Основным различием является то, что давление в стволе скважины при очистных работах ниже, чем давление гидравлического разрыва пласта, и имеет величину, достаточно низкую для оттока флюидов из пласта для последующего удаления через скважину. В конце работ по чистке скважины гибкие НКТ извлекают из скважины, продолжая циркуляцию. После подъема гибких НКТ в скважину вновь спускают эксплуатационную колонну, насосные штанги и насос, и скважину вновь начинают эксплуатировать.As in the above example, the well is cleaned at the end of pressure boost and pressure relief cycles. The circulation is performed by pumping fluid through flexible tubing (tubing), lowered to the roof level of the productive interval and gradually lowered to the bottom at small intervals in the accumulation of collapsed material. Periodically, the immersion depth of the flexible tubing is kept constant for more thorough cleaning of this interval of the wellbore before further advancement to the bottom. The wellbore cleaning using flexible tubing is continued until the well is cleaned up to the bottom. In this example, the well cleaning efficiency is improved by using a pulse pressure generator during the circulation of the foam. During operation of the pressure pulse generator, the foam bubbles begin to pulsate, increasing and decreasing in turn. During compression pulses, the foam penetrates into the pores between the coal fragments located in the wellbore. During the expansion of the bubbles, the foam loosens the layer of coal debris, facilitating their capture by a circulating stream. A pressure pulse generator is installed at the end of the flexible tubing. It has the same mechanism for generating pressure pulses and pulse characteristics as the generator used to create the cavity. The main difference is that the pressure in the wellbore during cleaning operations is lower than the pressure of the hydraulic fracturing, and has a value low enough for the outflow of fluids from the formation for subsequent removal through the well. At the end of well cleaning, the flexible tubing is removed from the well while continuing to circulate. After the flexible tubing is lifted into the well, the production casing, sucker rods and pump are again lowered, and the well is re-launched.

Пример 2Example 2

Применение воздействия импульсами давления на угольный пласт для повышения эффективности гидравлического разрыва угольного пласта, осуществляемого без использования расклинивающих наполнителейThe use of pressure pulses on a coal seam to increase the efficiency of hydraulic fracturing of a coal seam, carried out without the use of proppants

а) Скважина проходит в угольный пласт, содержащий адсорбированный метан, на глубину приблизительно 800 метров. Продуктивный интервал имеет протяженность 10 метров, пористость 2%, эффективную проницаемость 25 миллидарси, температуру 25°С, пластовое давление равно 50 бар, модуль упругости составляет 0,5 млн. фунтов на кв. дюйм и коэффициент Пуассона 0,34.a) The well passes into a coal seam containing adsorbed methane to a depth of approximately 800 meters. The production interval has a length of 10 meters, porosity of 2%, effective permeability of 25 millidarsi, temperature of 25 ° C, reservoir pressure is 50 bar, elastic modulus is 0.5 million pounds per square. inch and Poisson's ratio of 0.34.

Используют «Алгоритм» для определения возможности обработки этой скважины с помощью генератора, генерирующего импульсы давления 75 бар с частотой 20 герц.Use the "Algorithm" to determine the possibility of processing this well with a generator that generates pressure pulses of 75 bar with a frequency of 20 hertz.

Скважину заполняют солевым раствором с массовой концентрацией KCl 4% для контроля давления, устанавливают генератор импульсов давления и осуществляют закачку жидкости разрыва после спуска генератора на глубину, соответствующую кровле продуктивного интервала.The well is filled with saline with a mass concentration of KCl of 4% to control the pressure, a pressure pulse generator is installed and the fracture fluid is pumped after the generator is lowered to a depth corresponding to the roof of the productive interval.

При проведении гидравлического разрыва пласта жидкости разрыва закачивают через насосно-компрессорные трубы и также через затрубное пространство между НКТ и обсадной колонной. Жидкость разрыва содержит добавки, повышающие ее вязкость. В данном примере эта жидкость содержит полимерный загуститель - гуар в объеме 0,4% по весу, борную кислоту в объеме 0,014% по весу, необходимое количество каустической соды для повышения значения рН во флюиде до 9,6, биоцид в объеме 0,003% по весу, ПАВ в объеме 0,2% для придания поверхности угля гидрофобных характеристик (этоксилированный бутоксилированный спирт) и окислитель в капсулах в объеме 0,25% по весу для гидратации флюида. Такая жидкость называется сшитым гелем.During hydraulic fracturing, fracturing fluids are pumped through tubing and also through the annulus between the tubing and the casing. The rupture fluid contains additives that increase its viscosity. In this example, this liquid contains a polymer thickener - guar in a volume of 0.4% by weight, boric acid in a volume of 0.014% by weight, the required amount of caustic soda to increase the pH in the fluid to 9.6, a biocide in a volume of 0.003% by weight A surfactant in a volume of 0.2% to impart hydrophobic characteristics to the coal surface (ethoxylated butoxylated alcohol) and an oxidizing agent in capsules in a volume of 0.25% by weight for hydration of the fluid. Such a liquid is called a crosslinked gel.

Сшитый гель начинают закачивать одновременно через затрубное пространство и через НКТ. Скорость закачки повышают медленно до достижения давления гидравлического разрыва пласта. Скорость закачки повышают приблизительно от расхода, равного 0,5 м³/мин, до постоянного расхода, равного от 3 до 4 м³/мин, для развития трещины на большое расстояние от ствола скважины. Расход сшитого геля, закачиваемого через затрубное пространство, является постоянным, в то время как расход сшитого геля, выходящего из конца НКТ, является пульсирующим в связи с работой скважинного генератора импульсов давления. Сшитый гель, протекающий через генератор, периодически повышает давление в аккумуляторе. Во время повышения давления в аккумулятор поступает некоторая часть закачиваемой жидкости, и поэтому общий расход закачки в пласт меньше среднего расхода закачки, в связи с чем давление закачки на забое падает. В момент полного заполнения аккумулятора рост давления инициирует быстрый сброс накопленной жидкости. Этот сброс увеличивает общий расход закачки в пласт, который превышает средний расход закачки, и поэтому давление закачки на забое возрастает. С помощью этого механизма периодических пульсаций создают необходимые амплитуды и частоты импульсов давления. Во время этой обработки закачивают только жидкость разрыва: всего около 200 м³. Генератор импульсов давления работает в течение всего времени закачки. Закачка жидкости разрыва создает и развивает трещину в стороны от ствола скважины на удаление от 300 до 400 футов, в то время как импульсы давления содействуют разрушению пласта, создавая напряжения сжатия-растяжения и сдвига на поверхности трещины и в плоскостях, параллельных поверхности трещины. В отличие от основных трещин гидравлического разрыва, трещины, созданные за счет импульсов давления, распространяются по сети трещин угольного пласта: вдоль и перпендикулярно угольным прослойкам. Импульсы давления разрушают структуру матрицы угольного пласта, эффективно дробя пласт по сети трещин. Такую обработку, сочетающую гидравлический разрыв и воздействие импульсами давления на пласт, выполняют в течение приблизительно 1 часа во время закачки всего объема жидкости в пласт.The crosslinked gel begins to be pumped simultaneously through the annulus and through the tubing. The injection rate is increased slowly until the hydraulic fracturing pressure is reached. The injection rate is increased from approximately a flow rate of 0.5 m ³ / min to a constant flow rate of 3 to 4 m ³ / min for the development of a fracture over a large distance from the wellbore. The flow rate of the crosslinked gel pumped through the annulus is constant, while the flow rate of the crosslinked gel exiting the end of the tubing is pulsating due to the operation of the downhole pressure pulse generator. A cross-linked gel flowing through the generator periodically increases the pressure in the battery. During pressure increase, some part of the injected fluid enters the accumulator, and therefore the total injection rate into the reservoir is less than the average injection rate, and therefore the injection pressure at the bottom decreases. When the accumulator is completely filled, the pressure increase initiates a rapid discharge of the accumulated liquid. This discharge increases the total flow rate of injection into the reservoir, which exceeds the average flow rate of injection, and therefore the injection pressure at the bottom increases. Using this mechanism of periodic pulsations, the necessary amplitudes and frequencies of pressure pulses are created. During this treatment, only the fracturing fluid is pumped: only about 200 m ³ . The pressure pulse generator operates during the entire injection time. Injection of the fracturing fluid creates and develops a crack away from the wellbore from 300 to 400 feet apart, while pressure pulses contribute to fracture of the formation, creating compressive-tensile and shear stresses on the surface of the fracture and in planes parallel to the surface of the fracture. In contrast to the main hydraulic fractures, the cracks created by pressure pulses propagate along the network of cracks in the coal seam: along and perpendicular to the coal interlayers. Pressure pulses destroy the structure of the matrix of the coal seam, effectively crushing the seam through a network of cracks. This treatment, combining hydraulic fracturing and the action of pressure pulses on the formation, is performed for approximately 1 hour during the injection of the entire volume of fluid into the formation.

В конце закачки сшитого геля последний вытесняют из обсадной колонны с помощью солевого раствора KCl с концентрацией 4%, содержащей гуар с концентрацией 0,2% по весу. Затем вытеснение осуществляют с помощью пенного раствора, содержащего гуар с концентрацией 0,2% и солевым раствором KCl, который закачивают с целью ослабить гидростатический напор в стволе скважины (забойные характеристики пены: 70% азота по объему, 30% вода, содержащая 0,2% гуара по весу и от 0,1 до 1,0% по объему ПАВ). Закачку в затрубное пространство прекращают после окончательного вытеснения сшитого геля в пласт (когда пенный несшитый гуаровый раствор заполнит все затрубное пространство и НКТ). Закачку пены продолжают через НКТ. Клапан в затрубном пространстве открывают, позволяя скважинной жидкости протекать через ствол скважины и через клапан в приемный резервуар. Во время оттока текучей среды из скважины забойное давление в стволе скважины падает до уровня, приблизительно от 5 до 10 бар, и при этом закачанная жидкость разрыва выходит из скважины. Во время выхода скважинной текучей среды из трещины осколки угля приобретают ориентацию, при которой происходит предотвращение полного закрытия основных и дополнительных трещин. Полученные трещины характеризуются высокой гидравлической проводимостью.At the end of the injection of the crosslinked gel, the latter is displaced from the casing using KCl saline with a concentration of 4%, containing guar with a concentration of 0.2% by weight. Then the displacement is carried out using a foam solution containing guar with a concentration of 0.2% and KCl brine, which is injected in order to weaken the hydrostatic pressure in the wellbore (downhole foam characteristics: 70% nitrogen by volume, 30% water containing 0.2 % guar by weight and from 0.1 to 1.0% by volume of surfactant). Injection into the annulus is terminated after the crosslinked gel is finally displaced into the formation (when the foamless crosslinked guar solution fills the entire annulus and tubing). Foam injection is continued through tubing. A valve in the annulus is opened, allowing the wellbore fluid to flow through the wellbore and through the valve into the receiving reservoir. During the outflow of fluid from the well, the bottomhole pressure in the wellbore drops to a level of about 5 to 10 bar, and the injected fracturing fluid exits the well. During the exit of the borehole fluid from the crack, the fragments of coal acquire an orientation in which the prevention of complete closure of the main and additional cracks occurs. The resulting cracks are characterized by high hydraulic conductivity.

Скважину чистят в конце процесса выхода скважинной текучей среды аналогично примеру 1.The well is cleaned at the end of the downhole fluid exit process, as in Example 1.

б) Скважина проходит в угольный пласт, содержащий адсорбированный метан, на глубину приблизительно 800 метров. Продуктивный интервал имеет протяженность 10 метров, пористость 2%, эффективную проницаемость 25 миллидарси, температуру 25°С, пластовое давление равно 800 фунтов на кв. дюйм, модуль упругости составляет 0,5 млн. фунтов на кв. дюйм и коэффициент Пуассона 0,34.b) The well passes into a coal seam containing adsorbed methane to a depth of approximately 800 meters. The production interval is 10 meters long, porosity 2%, effective permeability 25 millidarsi, temperature 25 ° C, reservoir pressure equal to 800 psi. inch, the modulus of elasticity is 0.5 million pounds per square. inch and Poisson's ratio of 0.34.

Используют «Алгоритм» для определения возможности обработки этой скважины с помощью генератора, генерирующего импульсы давления 200 бар с частотой 0,1 герца.Use the "Algorithm" to determine the possibility of processing this well with a generator that generates pressure pulses of 200 bar with a frequency of 0.1 hertz.

В данном примере способ осуществляют аналогично способу по примеру а), но при этом генератор импульсов давления устанавливают на глубину 5 метров выше кровли продуктивного интервала, и в качестве жидкости разрыва в данном примере используют жидкость разрыва, содержащую KCl с концентрацией 4% по весу, вязкоупругий ПАВ с концентрацией от 0,5 до 3% по объему, органическое поверхностно-активное вещество (ПАВ) с концентрацией от 0,2 до 0,4 по объему в виде этоксилированных-бутоксилированных гликолей, имеющих от 1 до 5 этилен-оксидных групп и от 5 до 10 бутилен-оксидных групп. Этот состав является неповреждающим вязкоупругим раствором ПАВ. Очистку скважины осуществляют без использования генератора импульсов.In this example, the method is carried out similarly to the method of example a), but the pressure pulse generator is set to a depth of 5 meters above the roof of the productive interval, and as a fracture fluid in this example, a fracture fluid containing KCl with a concentration of 4% by weight, viscoelastic Surfactants with a concentration of from 0.5 to 3% by volume, an organic surfactant with a concentration of from 0.2 to 0.4 by volume in the form of ethoxylated-butoxylated glycols having from 1 to 5 ethylene oxide groups and from 5 to 10 bottles Flax-oxide groups. This composition is a non-damaging viscoelastic surfactant solution. Well cleaning is carried out without using a pulse generator.

в) Скважина проходит в угольный пласт, содержащий адсорбированный метан, на глубину приблизительно 800 метров. Продуктивный интервал имеет протяженность 10 метров, его пористость составляет 2%, эффективная проницаемость 25 миллидарси, температура 25°С, пластовое давление 50 бар, модуль упругости 0,5 млн. фунтов на кв. дюйм и коэффициент Пуассона 0,34.c) The well passes into a coal seam containing adsorbed methane to a depth of approximately 800 meters. The production interval has a length of 10 meters, its porosity is 2%, effective permeability is 25 millidarsi, temperature is 25 ° C, reservoir pressure is 50 bar, elastic modulus is 0.5 million pounds per square meter. inch and Poisson's ratio of 0.34.

Применяют «Алгоритм» для определения возможности обработки этой скважины с помощью генератора, способного создавать импульсы давления с амплитудой 70 бар и частотой 300 герц.Apply the "Algorithm" to determine the possibility of processing this well with a generator that can create pressure pulses with an amplitude of 70 bar and a frequency of 300 hertz.

Способ выполняют аналогично способу по примеру а), но с использованием генератора для создания импульсов давления со встроенной в него трубкой Вентури. При прохождении сшитого геля через трубку Вентури возникает кавитация. Источником импульсов давления является схлопывание пузырьков газа в расширяющейся части трубки Вентури. При помощи этого механизма пульсаций обеспечивается необходимая амплитуда и частота импульсов давления. В процессе данной обработки закачивается только сшитый гель. В общей сложности его объем составляет 200 м³. Генератор импульсов давления работает в течение всего времени. Импульсы давления, созданные данным генератором, фокусируются по направлению вниз и вдоль трещины и создают концентрацию напряжений по мере схлопывания пузырей вблизи стенок трещины. Закачкой геля создают и расширяют трещину, простирающуюся от ствола скважины на расстояние 300-400 футов, а импульсы давления содействуют разрушению пласта, создавая напряжения сжатия-растяжения и сдвига на поверхности трещины и в плоскостях, параллельных поверхности трещины. Эти импульсы давления, как указывалось ранее, эффективно разрушают угольный пласт вдоль сети трещин угольного пласта. Весь процесс гидравлического разрыва вместе с обработкой импульсами давления занимает около 1 часа, пока весь объем жидкости закачивается в пласт.The method is carried out similarly to the method of example a), but using a generator to create pressure pulses with a built-in venturi. When a crosslinked gel passes through a venturi, cavitation occurs. The source of pressure pulses is the collapse of gas bubbles in the expanding part of the venturi. Using this pulsation mechanism, the necessary amplitude and frequency of pressure pulses are provided. During this treatment, only crosslinked gel is pumped. In total, its volume is 200 m ³ . The pressure pulse generator runs all the time. The pressure pulses created by this generator focus downward and along the crack and create a stress concentration as the bubbles collapse near the walls of the crack. A gel injection creates and expands a crack extending from the wellbore to a distance of 300-400 feet, and pressure pulses contribute to the destruction of the formation, creating compressive-tensile and shear stresses on the surface of the fracture and in planes parallel to the surface of the fracture. These pressure pulses, as mentioned earlier, effectively destroy the coal seam along the network of cracks in the coal seam. The entire process of hydraulic fracturing, together with processing by pressure pulses, takes about 1 hour, while the entire volume of fluid is pumped into the reservoir.

Пример 3Example 3

Применение воздействия импульсами давления на угольный пласт только во время закачивания жидкости разрыва в пласт для повышения эффективности гидравлического разрыва пласта, осуществляемого с использованием расклинивающего наполнителя Скважина проходит в продуктивный угольный пласт, содержащий адсорбированный метан, на глубину приблизительно 800 метров. Продуктивный интервал имеет протяженность 10 метров, его пористость составляет 2%, эффективная проницаемость 25 миллидарси, температура 25°С, пластовое давление 50 бар, модуль упругости 0,5 млн. фунтов на кв. дюйм и коэффициент Пуассона 0,34.Application of pressure pulses to a coal seam only during injection of the fracturing fluid into the reservoir to increase the efficiency of hydraulic fracturing using a proppant The well passes into a productive coal seam containing adsorbed methane to a depth of approximately 800 meters. The production interval has a length of 10 meters, its porosity is 2%, effective permeability is 25 millidarsi, temperature is 25 ° C, reservoir pressure is 50 bar, elastic modulus is 0.5 million pounds per square meter. inch and Poisson's ratio of 0.34.

Применяют «Алгоритм» для определения возможности обработки этой скважины с помощью генератора, способного создавать импульсы давления с амплитудой 75 бар и частотой 20 герц.Apply the "Algorithm" to determine the possibility of processing this well using a generator capable of creating pressure pulses with an amplitude of 75 bar and a frequency of 20 hertz.

Скважину заполняют солевым раствором с концентрацией KCl 4% по весу для контроля давления, генератор импульсов давления устанавливают в скважину и начинают закачку жидкости разрыва для обработки приствольной зоны после спуска генератора на глубину, соответствующую кровле продуктивного интервала.The well is filled with a saline solution with a KCl concentration of 4% by weight to control the pressure, the pressure pulse generator is installed in the well and the fracture fluid is injected to treat the near-barrel zone after the generator is lowered to a depth corresponding to the roof of the production interval.

В ходе операции гидравлического разрыва пласта жидкость закачивается как в колонну НКТ, так и в затрубное пространство. В качестве жидкости разрыва используют вышеописанный сшитый гель или раствор вязкоупругого поверхностно-активного вещества. Процесс гидравлического разрыва пласта осуществляется вышеописанным в других примерах образом, при этом закачиваемая жидкость, проходя через генератор, периодически вызывает повышение давления в аккумуляторе. Во время повышения давления в аккумулятор поступает некоторая часть закачиваемой жидкости, и поэтому общий расход закачки в пласт меньше среднего расхода закачки, в связи с чем давление закачки на забое падает. В момент полного заполнения аккумулятора рост давления инициирует быстрый сброс накопленной жидкости. Этот сброс увеличивает общий расход закачки в пласт, который превышает средний расход закачки, и поэтому давление закачки на забое возрастает. С помощью этого механизма периодических пульсаций создают необходимые амплитуды и частоты импульсов давления. В процессе такой обработки закачивают 70 м³ жидкости разрыва без расклинивающего наполнителя - этап закачки жидкости разрыва в пласт без расклинивающего наполнителя. Генератор импульсов давления работает только на этом этапе. Закачкой жидкости разрыва создают и расширяют трещину, проходящую от ствола скважины на расстояние 300-400 футов, а импульсы давления содействуют разрушению пласта, создавая напряжения сжатия-растяжения и сдвига на поверхности трещины и в плоскостях, параллельных поверхности трещины. Весь процесс гидравлического разрыва вместе с обработкой импульсами давления занимает около 1 часа, пока весь объем жидкости закачивается в пласт.During the hydraulic fracturing operation, fluid is pumped both into the tubing string and into the annulus. As the fracturing fluid, the above-described crosslinked gel or a solution of a viscoelastic surfactant is used. The process of hydraulic fracturing is carried out as described in other examples above, while the injected fluid, passing through the generator, periodically causes an increase in pressure in the accumulator. During pressure increase, some part of the injected fluid enters the accumulator, and therefore the total injection rate into the reservoir is less than the average injection rate, and therefore the injection pressure at the bottom decreases. When the accumulator is completely filled, the pressure increase initiates a rapid discharge of the accumulated liquid. This discharge increases the total flow rate of injection into the reservoir, which exceeds the average flow rate of injection, and therefore the injection pressure at the bottom increases. Using this mechanism of periodic pulsations, the necessary amplitudes and frequencies of pressure pulses are created. During this treatment, 70 m ^{3 of} fracturing fluid is pumped without proppant — the stage of pumping fracturing fluid into the formation without proppant. The pressure pulse generator works only at this stage. By injecting the fracturing fluid, a crack extending from the wellbore to a distance of 300-400 feet is created and expanded, and pressure pulses contribute to the fracture of the formation, creating compressive-tensile and shear stresses on the surface of the fracture and in planes parallel to the surface of the fracture. The entire process of hydraulic fracturing, together with processing by pressure pulses, takes about 1 hour, while the entire volume of fluid is pumped into the reservoir.

После завершения этого этапа закачки в оставшуюся жидкость разрыва добавляется расклинивающий наполнитель. На начальном этапе степень концентрации расклинивающего наполнителя низкая, но постепенно ее увеличивают. В начале обработки концентрация расклинивающего наполнителя составляет 1% по весу жидкости разрыва и к концу - 50% по весу жидкости разрыва. Жидкость разрыва с расклинивающим наполнителем закачивается только в затрубное пространство. Общий объем закаченной жидкости составляет 140 м³. В процессе закачивания жидкости разрыва с расклинивающим наполнителем генератор импульсов давления не работает. Дальнейшие стадии процесса осуществляют, как в примере 2.After completing this injection step, a proppant is added to the remaining fracture fluid. At the initial stage, the proppant concentration is low, but gradually increase. At the beginning of the treatment, the proppant concentration is 1% by weight of the fracturing fluid and by the end, 50% by weight of the fracturing fluid. Rupture fluid with proppant is pumped only into the annulus. The total volume of injected fluid is 140 m ³ . In the process of pumping a fracturing fluid with a proppant, the pressure pulse generator does not work. Further stages of the process are carried out as in example 2.

4. Пример применения непрерывного воздействия импульсами давления на угольный пласт при осуществлении гидравлического разрыва во время стадии закачки жидкости разрыва и на стадии закачки расклинивающего наполнителя.4. An example of the use of continuous exposure to pressure pulses on a coal seam during hydraulic fracturing during the stage of injection of the fracturing fluid and at the stage of pumping proppant.

а) Скважина проходит в продуктивный угольный пласт, содержащий адсорбированный метан, на глубину около 800 метров. Продуктивный интервал имеет протяженность 10 метров, его пористость составляет 2%, проницаемость 25 миллидарси, температура - 25°С, пластовое давление 50 бар, модуль упругости равен 0,5 млн. фунтов на квадратный дюйм, коэффициент Пуассона равен 0,34.a) The well passes into a productive coal seam containing adsorbed methane to a depth of about 800 meters. The production interval is 10 meters long, its porosity is 2%, permeability is 25 millidarsi, temperature is 25 ° C, reservoir pressure is 50 bar, elastic modulus is 0.5 million pounds per square inch, Poisson's ratio is 0.34.

Применяют «Алгоритм» для определения возможности обработки этой скважины с помощью генератора, способного создавать импульсы давления величиной 75 бар при частоте 20 герц.Apply the "Algorithm" to determine the possibility of processing this well with a generator that can create pressure pulses of 75 bar at a frequency of 20 hertz.

Скважину заполняют солевым раствором с концентрацией KCl 4% по весу для контроля давления, генератор импульсов давления спускают в скважину. Начинают закачку жидкости разрыва для обработки приствольной зоны после спуска генератора на глубину, соответствующую кровле продуктивного интервала.The well is filled with saline with a KCl concentration of 4% by weight to control the pressure, the pressure pulse generator is lowered into the well. They begin to pump the fracture fluid to treat the near-barrel zone after the generator is lowered to a depth corresponding to the roof of the productive interval.

Жидкость закачивается в затрубное пространство между насосно-компрессорными трубами и обсадной колонной. В качестве жидкости разрыва используют вышеописанные сшитый гель или раствор вязкоупругого поверхностно-активного вещества.The fluid is pumped into the annulus between the tubing and the casing. As the fracturing fluid, the above-described crosslinked gel or solution of a viscoelastic surfactant is used.

Закачка жидкости разрыва без расклинивающего наполнителя при воздействии импульсами давления, созданными генератором, осуществляется аналогично примеру 3. Гидравлический разрыв и воздействие импульсами давления длятся около 1 часа, пока весь объем жидкости не будет закачан в пласт.The injection of fracturing fluid without proppant when exposed to pressure pulses created by the generator, is carried out analogously to example 3. Hydraulic fracturing and exposure to pressure pulses lasts about 1 hour, until the entire volume of fluid is pumped into the reservoir.

После первого этапа закачки к остатку жидкости разрыва добавляют расклинивающий наполнитель. В начале обработки концентрация расклинивающего агента составляет 1% веса геля, а к концу увеличивается до 50%. Жидкость разрыва с расклинивающим наполнителем закачивают только через затрубное пространство. Всего закачивают около 140 м³ жидкого раствора. Генератор импульсов давления работает и во время этой стадии - стадии закачки жидкости разрыва с расклинивающим наполнителем. Остальные стадии процесса осуществляются аналогично предыдущим примерам.After the first injection step, a proppant is added to the remainder of the fracture fluid. At the beginning of the treatment, the concentration of the proppant is 1% of the weight of the gel, and by the end it increases to 50%. The rupture fluid with proppant is pumped only through the annulus. In total, about 140 m ^{3 of} liquid solution is pumped. The pressure pulse generator also works during this stage - the stage of pumping the fracturing fluid with proppant. The remaining stages of the process are carried out similarly to the previous examples.

Claims

1. A method of intensifying natural gas production from coal seams, including creating a cavity in the coal seam by cyclically increasing and decreasing the pressure of the liquid in the well and exposing the formation to low-frequency high-pressure pressure pulses with increasing pressure of the liquid in the well.

2. The method according to claim 1, wherein the well is further cleaned using a foamy cleaning medium.

3. The method according to claim 2, in which a liquid-driven generator is used to create pressure pulses and the foamy cleaning medium is injected into the well through this generator.

4. The method according to claim 2, in which to create pressure pulses, use a generator located in an adjacent well, and simultaneously apply pressure pulses to the formation and inject the cleaning foam medium into the treatment well.