RU2176403C1

RU2176403C1 - Gear and method of excitation of elastic vibration and hydraulic seam fracture

Info

Publication number: RU2176403C1
Application number: RU2000117972A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Корженевский; А.А. Корженевский; Т.А. Корженевская; А.Е. Краснов; Р.М. Миннуллин; Р.С. Хисамов
Original assignee: Волго-уральский центр научно-технических услуг "НЕЙТРОН"
Priority date: 2000-07-05
Filing date: 2000-07-05
Publication date: 2001-11-27

Abstract

FIELD: additional prospecting for oil fields and intensification of its production. SUBSTANCE: gear for excitation of elastic vibrations and hydraulic seam fracture is made of depression chamber manufactured from tubing strings, starting mechanism and instrument head and is sunk on geophysical cable. Depression chamber is equipped with two hydraulically balanced suction valves located on ends faces of chamber. They open in turn with the aid of starting mechanism comprising electromagnetic relay, starting chamber and hydraulically balanced starting valve. With opening of suction valves depression chamber is filled with well fluid practically instantly. In this case zone of decreased pressure is created in well establishing conditions for formation of repression water pressure in the range from 0.1 to more than twofold value of hydrostatic pressure with space of depression chamber from 6.0 to 200.0 l depending on purposes of employment of gear: for hydraulic seam fracture or for excitation of elastic vibrations. Method of excitation of elastic vibrations is based of usage of hydrodynamic process of interaction of well with depression chamber. Interaction causes variations of column of fluid in well. Entire cycle of usage of mentioned-above gear for creation of repression water hammer is monitored remotely by pressure transducer. EFFECT: simplification and reduced cost of method, possibility of multiple repetition of it under required mode with recording of all dynamics of occurring process. 2 cl, 1 dwg

Description

Известны устройства и способы возбуждения упругих колебаний для геофизических исследований горных пород с целью поиска месторождений полезных ископаемых, в частности нефтяных и газовых месторождений, и для проведения гидроразрыва пластов для интенсификации добычи нефти из разрабатываемых месторождений (1). Known devices and methods for generating elastic vibrations for geophysical studies of rocks in order to search for mineral deposits, in particular oil and gas fields, and for hydraulic fracturing to intensify oil production from developed fields (1).

Наиболее распространенным и эффективным способом возбуждения упругих колебаний является взрывной способ, когда в качестве источника сейсмических волн служит заряд взрывчатого вещества, приводимый в действие с помощью электродетонатора (2). К сожалению это и наиболее опасный способ, часто приводит к травмированию и гибели персонала. Кроме этого требует больших затрат на транспортировку, хранение и учет взрывчатых материалов. The most common and effective way to excite elastic vibrations is the explosive method, when an explosive charge driven by an electric detonator serves as a source of seismic waves (2). Unfortunately, this is the most dangerous way, often leading to personal injury and death. In addition, it requires high costs for transportation, storage and accounting of explosive materials.

Известен и электроискровой способ, в котором в качестве источника сейсмических волн используется разряд электрического тока высокого напряжения в жидкости. Этот удобный, технологичный и достаточно безопасный способ, однако получить в скважинных условиях достаточно мощный разряд, достаточный для эффективного изучения глубоко залегающих горных пород пока не удается. Also known is the spark method, in which a high voltage electric current discharge in a liquid is used as a source of seismic waves. This is a convenient, technologically advanced and fairly safe method, however, so far it has not been possible to obtain a sufficiently powerful discharge sufficient for efficient study of deep-seated rocks in borehole conditions.

Одним из наиболее эффективных способов интенсификации добычи нефти на разрабатываемых месторождениях считается гидроразрыв пласта. Для его осуществления применяется достаточно широкий набор методов. Наиболее эффективен способ закачки в интервал разрыва технологической жидкости под высоким давлением с помощью специальных агрегатов. One of the most effective ways to intensify oil production in developed fields is hydraulic fracturing. A wide range of methods is used for its implementation. The most effective method of injection into the interval of rupture of the process fluid under high pressure using special units.

Известен способ разрыва пласта с помощью горюче-окислительных составов, сжигаемых в зоне пласта (3). Несмотря на высокую эффективность эти способы трудоемки и находят ограниченное применение. A known method of fracturing using combustible oxidizing compositions burned in the formation zone (3). Despite the high efficiency, these methods are laborious and find limited application.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, реализуемым пороховым генератором давления ПГДБК-100 (4). Этот способ достаточно технологичен, легко реализуем, однако также основан на использовании достаточно опасных пороховых изделий, требующих специальных условий для хранения, транспортировки и к производству работ может быть допущен персонал, имеющий право на производство взрывных работ. Closest to the proposed is the method implemented by the powder pressure generator PGDBK-100 (4). This method is quite technologically advanced, easy to implement, however, it is also based on the use of sufficiently hazardous powder products that require special conditions for storage, transportation and work, personnel authorized to carry out blasting operations can be allowed.

Для возбуждения упругих колебаний предлагается новый способ, который может быть использован и для гидроразрыва пласта, основанный на использовании гидродинамического процесса взаимодействия энергетической системы скважина-депрессионное устройство, позволяющий получать мощный источник энергии, сосредоточенный в нужном интервале, в виде управляемого гидроудара столба скважинной жидкости в широком диапазоне значений от 0,1 - 0,2 до более двукратной величины гидростатического давления - Р_гст. Для возбуждения сейсмических волн, уверенно регистрируемых системами наблюдения достаточно величины гидроудара, в пределах до (0,3-0,5) Р_гст, а для гидроразрыва пласта - (1,5-2,0) Р_гст.To excite elastic vibrations, a new method is proposed that can also be used for hydraulic fracturing, based on the use of the hydrodynamic process of interaction of the energy system well-depression device, which allows you to get a powerful source of energy, concentrated in the right interval, in the form of a controlled hydraulic shock of a wellbore fluid column in a wide the range of values from 0.1 - 0.2 to more than twice the value of hydrostatic pressure - P _gst . For the excitation of seismic waves, confidently detected by the observation systems, the magnitude of _{hydroblow is} sufficient, in the range up to (0.3-0.5) P _gst , and for hydraulic fracturing - (1.5-2.0) R _gst .

Достоинством предлагаемого способа является исключительная простота и дешевизна, не требующая применения специального и дорогостоящего оборудования и материалов, специального обучения обслуживающего персонала, возможность многократного повторения в требуемом режиме с регистрацией всей динамики происходящего процесса. The advantage of the proposed method is its exceptional simplicity and low cost, which does not require the use of special and expensive equipment and materials, special training of service personnel, the possibility of repeated repetition in the required mode with registration of all the dynamics of the process.

Цель способа - получение максимальных значений гидроудара в требуемом интервале при минимальных объемах депрессионной камеры достигается тем, что устройство опускается на геофизическом кабеле и обеспечивается практически мгновенное открытие депрессионной камеры с атмосферным давлением с коэффициентом открытия (отношение площади сечения приемных каналов к площади сечения депрессионной камеры) более единицы, что позволяет так же практически, мгновенно заполнить депрессионную камеру скважинной жидкостью и создать в скважине "зону сниженного давления", достигающую до нескольких метров, являющуюся необходимым условием для формирования гидроудара за счет потенциальной энергии вышерасположенного столба скважинной жидкости при подвижке его вниз в "зону снижения давления". The purpose of the method is to obtain maximum values of water hammer in the required interval with minimum volumes of the depression chamber is achieved by the fact that the device is lowered on the geophysical cable and provides almost instant opening of the depression chamber with atmospheric pressure with an opening coefficient (ratio of the cross-sectional area of the receiving channels to the cross-sectional area of the depression chamber) more units, which also makes it possible to practically instantly fill the depression chamber with borehole fluid and create a “cn zone” in the borehole conjugated pressure ", which reaches up to several meters, which is a prerequisite for the formation of water hammer due to potential energy of the borehole fluid column upstream during its downward progress in the" pressure reduction zone. "

Для достижения поставленной цели предлагается устройство, опускаемое на геофизическом кабеле в требуемый интервал скважины и состоящее из депрессионной камеры с атмосферным давлением, имеющий объем от 6-8 литров до сотен литров, выполненной из насосно-компрессорных труб и оснащенной двумя гидроуравновешенными приемными клапанами, имеющими в совокупности площадь сечения приемных каналов больше площади сечения депрессионной камеры, за счет чего при открытии приемных клапанов обеспечивается практически мгновенное заполнение депрессионной камеры и создание "зоны снижения давления" в скважине, обеспечивая необходимые условия для формирования депрессионного гидроудара при подвижке вышерасположенного столба жидкости в зону пониженного давления. При изменении объема депрессионной камеры зона сниженного давления может достигать до нескольких метров и в зависимости от глубины величина гидроудара может достигать от 0,1-0,2 до более двукратной величины гидростатического давления в скважине, позволяя применять устройство для возбуждения сейсмических волн и для гидроразрыва пласта. To achieve this goal, a device is proposed that is lowered on a geophysical cable to the required interval of the well and consisting of a depression chamber with atmospheric pressure, having a volume of 6-8 liters to hundreds of liters, made of tubing and equipped with two hydraulically balanced receiving valves having aggregate, the cross-sectional area of the receiving channels is larger than the cross-sectional area of the depression chamber, due to which, when opening the receiving valves, the depresso is almost instantly filled a chamber and the creation of a "pressure reduction zone" in the well, providing the necessary conditions for the formation of a depressive hydraulic shock when an upstream liquid column moves into the low pressure zone. With a change in the volume of the depression chamber, the zone of reduced pressure can reach up to several meters and, depending on the depth, the magnitude of hydraulic shock can reach from 0.1-0.2 to more than twice the hydrostatic pressure in the well, allowing the device to be used to excite seismic waves and for hydraulic fracturing .

Для открытия приемных клапанов депрессионной камеры применен электрогидравлический способ, реализуемый с помощью пускового устройства, обеспечивающего при открытии гидроуравновешенного пускового клапана, практически мгновенное открытие верхнего и нижнего приемных клапанов депрессионной камеры, используя гидростатическое давление скважинной жидкости. To open the receiving valves of the depression chamber, an electro-hydraulic method is applied, which is implemented using a starting device, which ensures that the upper and lower receiving valves of the depression chamber are opened almost instantaneously when the hydro-balanced starting valve is opened, using the hydrostatic pressure of the well fluid.

При разработке устройства применены клапаны гидроуравновешенной конструкции, позволившие упростить и повысить надежность работы устройства при минимальных механических усилиях для открытия клапанов. Для контроля и документирования результатов работы устройство снабжено дистанционным датчиком давления. When developing the device, valves of hydraulically balanced design were used, which allowed to simplify and increase the reliability of the device with minimal mechanical effort to open the valves. To control and document the results of work, the device is equipped with a remote pressure sensor.

Устройство состоит из приборной головки 3 с датчиком давления 4, пускового механизма, расположенного в корпусе 5 и включающего в себя электромагнитное реле 6, пусковой клапан 9 с возвратной пружиной 7, переходник 8 и диск 10 и депрессионной камеры 17, выполненной из насосно-компрессорных труб 14, 16, соединенных между собой муфтой 15. В верхней части депрессионной камеры расположен клапан 12, фиксируемый в исходном положении с помощью штифта 13, в нижней части камеры расположен второй приемный клапан 20 с толкателем 19 и хвостовиком 21, в котором расположен резиновый амортизатор 23, используемый для предохранения от механических деформаций нижнего клапана, который вылетает с большой скоростью при открытии его под действием гидростатического давления скважинной жидкости. Устройство с помощью наконечника 2 соединяется с геофизическим кабелем и опускается в скважину. The device consists of a device head 3 with a pressure sensor 4, a trigger located in the housing 5 and including an electromagnetic relay 6, a trigger valve 9 with a return spring 7, an adapter 8 and a disk 10 and a depression chamber 17 made of tubing 14, 16, interconnected by a clutch 15. In the upper part of the depression chamber there is a valve 12, which is fixed in the initial position by means of a pin 13, in the lower part of the chamber there is a second receiving valve 20 with a pusher 19 and a shank 21, in which A rubber shock absorber 23 is used, which is used to protect against mechanical deformations of the lower valve, which flies out at high speed when it is opened under the influence of hydrostatic pressure of the well fluid. The device using the tip 2 is connected to the geophysical cable and lowered into the well.

Работает устройство следующим образом. После установки устройства в требуемый интервал скважины по токопроводящей жиле кабеля 1 подается электрический ток на электромагнитное поле 6, под действием которого открывается (поднимается) пусковой клапан 9, обеспечивая доступ скважинной жидкости через сквозные окна переводника 8 и открывается канал диска 10 в пусковую камеру 18. Под действием гидростатического давления в пусковой камере срезается фиксирующий штифт 13 и клапан 12, открывая верхний приемный канал, с большой скоростью влетает в депрессионную камеру, ударяя по толкателю 19, выбивает клапан 20 в технологическую камеру 22 в хвостовике 21, открывая нижний приемный канал депрессионной камеры для притока скважинной жидкости. Дублирующим фактором открытия клапана 20 является возрастающее давление в депрессионной камере, под действием которого клапан перемещается в хвостовик 21, открывая нижний канал депрессионной камеры. Весь процесс работы устройства контролируется и регистрируется с помощью датчика давления 4. The device operates as follows. After the device is installed in the required interval of the well, an electric current is supplied to the electromagnetic field 6 through the conductive core of cable 1, under the action of which the start valve 9 opens (rises), providing access to the borehole fluid through the through windows of the sub 8 and the channel of the disk 10 opens into the start chamber 18. Under the influence of hydrostatic pressure in the launch chamber, the locking pin 13 and valve 12 are cut off, opening the upper receiving channel, flies into the depression chamber with great speed, striking the follower 19, ybivaet valve 20 into the process chamber 22 in the shank 21, a lower opening receiving channel depression chamber for the inflow of drilling fluid. The duplicating factor in opening the valve 20 is the increasing pressure in the depression chamber, under the influence of which the valve moves into the shank 21, opening the lower channel of the depression chamber. The entire process of the device is monitored and recorded using a pressure sensor 4.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. В.В. Знаменский, М.С. Жданов, Л.П. Петров "Геофизические методы разведки и исследования скважин", М.: "Недра", 1981, стр. 90 и далее.LIST OF USED LITERATURE
1. V.V. Znamensky, M.S. Zhdanov, L.P. Petrov "Geophysical methods of exploration and well research", M .: "Nedra", 1981, p. 90 onwards.

2. Там же, стр. 125. 2. Ibid., P. 125.

3. Краткий справочник по прострелочно-взрывным работам в скважинах. М.: "Недра", стр. 105. 3. A brief guide to shooting and blasting in wells. M .: "bowels", p. 105.

4. Инструкция по применению пороховых генераторов давления ПГД БК в скважинах. ВИЭМС, М., 1989, стр. 118 и далее. 4. Instructions for the use of powder pressure generators PGD BK in wells. VIEMS, M., 1989, p. 118 ff.

Claims

1. A device for generating elastic vibrations and hydraulic fracturing, consisting of a depression chamber with a valve system, a trigger mechanism and an instrument head with a pressure sensor lowered on a geophysical cable, characterized in that the depression chamber is equipped with two hydraulically balanced receiving valves located at the ends of the chamber at opening them sequentially using an electro-hydraulic trigger mechanism consisting of an electromagnetic relay, a trigger chamber and a hydraulically balanced trigger valve on opening of which, under the action of hydrostatic pressure, the upper and lower valves are opened, held in the initial position by the air cushion of the liner technological chamber, providing almost instantaneous opening of the depression chamber with an opening coefficient of more than 1.0, creating a reduced pressure zone in the well and providing conditions for formation repressive water hammer in the range from 0.1-0.2 to more than 2 times the hydrostatic pressure with the volume of the depression chamber from 6-8 l to hundreds of liters per plant depending on the depth of the device and the purpose of its use to create elastic vibrations or hydraulic fracturing, while the entire hydrodynamic process can be recorded using a remote pressure sensor.

2. A method of exciting elastic vibrations of rocks and hydraulic fracturing, based on the use of the hydrodynamic process of interaction of the energy system of wells — a depressive device, characterized in that the device according to claim 1 is used to create repressive hydraulic shocks in the range from 0.1-0, 2 to more than 2 times the hydrostatic pressure, depending on the volume of the depression chamber, the depth of the device and the purpose of the application of the method - to excite elastic vibrations or hydraulic fractures a reservoir, with the entire cycle can be repeated many times with changing quantities hammer and providing for hydrodynamic control process with the remote pressure sensor.