RU2211920C2 - Method of hydraulic fracturing of formation and increase of rock permeability and equipment for method embodiment (versions) - Google Patents
Method of hydraulic fracturing of formation and increase of rock permeability and equipment for method embodiment (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2211920C2 RU2211920C2 RU2001127419/03A RU2001127419A RU2211920C2 RU 2211920 C2 RU2211920 C2 RU 2211920C2 RU 2001127419/03 A RU2001127419/03 A RU 2001127419/03A RU 2001127419 A RU2001127419 A RU 2001127419A RU 2211920 C2 RU2211920 C2 RU 2211920C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- spring
- hydraulic
- loaded
- well
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к горному делу, нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для добычи полезных ископаемых через буровые скважины. Поставлена техническая задача увеличить проницаемость околоскважинного объема горных пород с его наибольшим радиальным простиранием при одновременном снижении энергозатрат путем обеспечения дилатантной деформации и разуплотнения массива в режиме неравномерного нагружения в макрообъемах. The invention relates to mining, oil and gas industry and can be used for mining through boreholes. The technical task is to increase the permeability of the near-wellbore volume of rocks with its greatest radial strike while reducing energy consumption by ensuring dilatant deformation and decompression of the massif under uneven loading in macro volumes.
Известен способ (А.с. СССР 1701896, М.кл. Е 21 В 43/25, 43/28, 30.12.91, БИ 48) повышения проницаемости горных пород на месте залегания, включающий вскрытие пласта полезного ископаемого скважиной, подачу в скважину жидкости и воздействие ударными волнами с передачей их по жидкостному волноводу в скважине с последующим поворотом волны от отражателя в пласт, с помощью которого дополнительно перед воздействием ударными волнами на столб жидкости в скважине воздействуют статическим давлением, превышающим поровое давление в разуплотняемых горных породах не менее чем в 1,5 раза, а амплитуду в ударной волне выбирают равной или большей напряжения сжатия-растяжения для протекания дилатантной деформации в пласте, при этом длину волны устанавливают соизмеримой с мощностью пласта, но не меньше заданной длины трещин, образующихся в массиве
L≥λ = T•a≥Δl•n,
где L - мощность пласта полезного ископаемого;
λ - длина волны;
а - скорость волны;
Т - длительность волны;
Δ1 - прирост длины трещины, образованной за одно прохождение волны;
n - количество прохождений волны для обеспечения расчетной длины трещины, причем поперечное сечение жидкостного волновода в направлении к забою в зоне излучения волн изменяют в соответствии с зависимостью
где ρж0, аж0 - начальные (при подходе к забою скважины) соответственно плотность жидкости и скорость волны в жидкости;
ρж, аж, Fж - соответственно плотность жидкости, скорость волны в жидкости и текущее значение сечения жидкостного волновода на длине волны;
ρм, ам, Fм - соответственно плотность массива, скорость волны в нем, поперечное сечение участка массива, охваченного волной в каждом сечении на длине волны от забоя скважины.A known method (A.S. USSR 1701896, Mcl E 21
L≥λ = T • a≥Δl • n,
where L is the thickness of the mineral layer;
λ is the wavelength;
a is the wave velocity;
T is the wavelength;
Δ1 is the increase in the length of the crack formed in one passage of the wave;
n is the number of wave passes to ensure the estimated crack length, and the cross section of the liquid waveguide in the direction of the bottom in the wave emission zone is changed in accordance with the dependence
where ρ Ж0 , and Ж0 - initial (when approaching the bottom of the well), respectively, the density of the fluid and the wave velocity in the fluid;
ρ W , and W , F W - respectively, the density of the liquid, the wave velocity in the liquid and the current value of the cross section of the liquid waveguide at the wavelength;
ρ m , and m , F m , respectively, the density of the array, the wave velocity in it, the cross section of a section of the array covered by a wave in each section at a wavelength from the bottom of the well.
Названный способ обладает недостатками. Например, в нем не оговаривается ограничение на охват волновым воздействием заданной толщины пласта, без которого волновое воздействие будет распространяться на вышележащие и нижележащие пласты, смежные с исследуемым, теряя безвозвратно полезную энергию и вызывая их гидродинамическую связь, что нежелательно в случае испытания нефтеносного пласта, граничащего с водоносными горизонтами. Кроме этого, указанный способ не предусматривает предварительного перед волновым воздействием выполнения на стенках скважины концентраторов напряжений, обеспечивающих гидроразрыв при меньших импульсных давлениях в волноводе. The named method has disadvantages. For example, it does not stipulate a restriction on the coverage of a given formation thickness by a wave action, without which the wave action will extend to the overlying and underlying layers adjacent to the studied one, losing irrevocably useful energy and causing their hydrodynamic connection, which is undesirable in the case of testing an oil-bearing formation bordering with aquifers. In addition, this method does not provide prior to the wave impact of performing on the walls of the well stress concentrators providing hydraulic fracturing at lower impulse pressures in the waveguide.
Наиболее близким аналогом является способ повышения проницаемости горных пород (А. с. СССР 1240112, М.кл. Е 21 В 43/25, 43/28, опубл. 15.05.88, БИ 18), включающий вскрытие пласта полезного ископаемого скважинами, подачу в скважины технологического раствора и воздействие ударных волн, возбуждаемых в верхней части столба раствора с передачей их по волноводу-раствору в скважине, с помощью которого дополнительно ударные волны в зоне пласта поворачивают отражением вдоль пласта путем установки в скважине в интервале пласта отражателя волн, а амплитуду напряжений волн устанавливают из соотношения
0,6σу≥σволн≥0,3σв,
где σволн - максимальная амплитуда напряжения в волне;
σу - предел упругости скелета горной породы;
σв - предел прочности горной породы.The closest analogue is a method of increasing rock permeability (A. s. USSR 1240112, M.cl. E 21
0.6σ at ≥σ waves ≥0.3σ at ,
where σ of the waves is the maximum amplitude of the voltage in the wave;
σ y is the elastic limit of the skeleton of the rock;
σ in - ultimate rock strength.
А также для снижения проницаемости вмещающих пласт пород последние дополнительно обрабатывают ударными волнами с амплитудой напряжений выше предела упругости скелета пород. And also to reduce the permeability of the host rocks, the latter is additionally treated with shock waves with a stress amplitude above the elastic limit of the rock skeleton.
Указанный способ обладает теми же недостатками, что и предыдущий аналог: отсутствие ограничения на охват волновым воздействием по толщине пласта, отсутствие выполненных концентраторов напряжений на стенках скважины. Кроме этого, указанная в способе обработка пласта импульсным давлением, достигающим 300 МПа и более, может вызвать разрушение обсадной трубы, так как она не рассчитана на такое давление. The specified method has the same disadvantages as the previous analogue: the absence of restrictions on the coverage by wave action over the thickness of the reservoir, the absence of stress concentrators on the walls of the well. In addition, the formation treatment indicated in the method by pulsed pressure reaching 300 MPa or more can cause casing destruction, since it is not designed for such pressure.
Известно устройство (А.с. 1701896, М.кл. Е 21 В 43/28, 43/25) для повышения проницаемости горных пород на месте залегания, включающее акустический отражатель конической формы с острием в верхней части, соединенный с генератором силовых волн с концентратором волн и отражателем волн на его конце, сообщенным с жидким волноводом, в котором дополнительно концентратор волн и отражатель волн выполнены в виде усеченных конусов, герметично соединенных между собой своими большими основаниями, и снабжены гидромолотом, пропущенным через меньшее основание концентратора волн с возможностью его возвратно-поступательного движения с клапаном и бойком и патрубком высокого давления воды, при этом сечение отражателя волн выполнено с уменьшающимся по экспоненте сечением, волновод-излучатель выполнен с сечением, уменьшающимся по зависимости
где ρи0, аи0 - соответственно плотности материала излучателя, скорость волны в материале излучателя в нулевом сечении;
ρи, аи, Fи - соответственно те же параметры излучателя в текущих сечениях излучателя;
ρж, аж, Fж - соответственно плотность жидкости волновода, скорость волны в жидком волноводе и приведенное сечение жидкостного волновода по длине излучателя, а акустический отражатель имеет высоту не меньше длины волны.A device is known (A.S. 1701896, M.cl. E 21
where ρ u0 and v0 - the densities emitter material, the wave velocity in the emitter material at zero section;
ρ and , a and , F and - respectively, the same parameters of the emitter in the current sections of the emitter;
ρ W , and W , F W are the waveguide fluid density, the wave velocity in the liquid waveguide, and the reduced section of the liquid waveguide along the length of the emitter, and the acoustic reflector has a height not less than the wavelength.
Недостатком устройства является то, что в нем не предусмотрено технических элементов, выполняющих перед гидроразрывом концентраторы напряжений на стенках скважины и ограничивающих охват трещинами по толщине пласта. The disadvantage of this device is that it does not provide technical elements that perform stress concentrators on the walls of the well before fracturing and limit the coverage of cracks along the thickness of the formation.
Наиболее близким аналогом является (А. с. СССР 1583608, М.кл. Е 21 С 45/00, 43/28, опубл. 07.08.90, БИ 29) устройство для добычи полезных ископаемых через скважины, включающее трубопроводы для нагнетания рабочей жидкости в нагнетательную скважину и откачки пульпы через откачную скважину с запорной арматурой, патрубки, соединяющие скважины с нагнетательным и откачным трубопроводами, возбудитель импульсов и привод возбудителя, в котором дополнительно патрубок нагнетательного трубопровода выполнен в виде двухступенчатого корпуса с крышкой и дистанционной прокладкой и установлен соосно с нагнетательной скважиной, ступень меньшего диаметра соединена с нагнетательным трубопроводом посредством обратного клапана, ступень большего диаметра расположена над ступенью меньшего диаметра, сообщена с ней и снабжена упругими связями, возбудитель импульсов размещен между упругими связями в ступени большего диаметра и имеет канал для выпуска воздуха, причем внутренний диаметр меньшей ступени равен или больше диаметра скважины, а дистанционная прокладка размещена между крышкой и упругими связями в ступени большего диаметра. Патрубок нагнетательной скважины снабжен отражателем, соединенным с последним посредством дополнительной упругой связи и амортизатора, а поверхность отражателя снабжена не менее чем двумя винтовыми выступами, имеющими в плане вид спирали. The closest analogue is (A. S. of the USSR 1583608, Mcl E 21 C 45/00, 43/28, publ. 07.08.90, BI 29) a device for mining through wells, including pipelines for pumping the working fluid into the injection well and pumping out the pulp through the pumping well with shutoff valves, nozzles connecting the wells to the injection and pumping pipelines, a pulse exciter and a drive of the exciter, in which the injection pipe is additionally made in the form of a two-stage housing with a cover and a remote gasket and installed coaxially with the injection well, a smaller diameter stage is connected to the injection pipe by a check valve, a larger diameter stage is located above the smaller diameter stage, communicated with it and provided with elastic connections, the pulse exciter is placed between the elastic connections in the larger diameter stage and has a channel for air outlet, and the inner diameter of the smaller stage is equal to or greater than the diameter of the well, and the spacer is placed between the cover and the elastic ties in steps of larger diameter. The nozzle of the injection well is equipped with a reflector connected to the latter by means of an additional elastic connection and a shock absorber, and the surface of the reflector is equipped with at least two helical protrusions having a spiral view in plan.
Недостатками этого устройства является отсутствие технических элементов, выполняющих перед гидроразрывом концентраторы напряжений на стенках скважины, ограничивающих охват трещинами по толщине пласта и обеспечивающих достаточность статического давления столба жидкости на уровне исследуемого пласта на больших глубинах порядка 4-5 км и амплитуды в ударной волне, а также соизмеримость длины волны с толщиной пласта. The disadvantages of this device are the lack of technical elements that perform stress concentrators on the walls of the well before fracturing, limit the coverage by cracks along the thickness of the reservoir and ensure that the static pressure of the liquid column is sufficient at the level of the reservoir under study at great depths of about 4-5 km and the amplitude in the shock wave, as well commensurability of wavelength with reservoir thickness.
Известно также оборудование для гидроразрыва пласта и повышения проницаемости горных пород, включающее силовой гидроцилиндр, камеру повышенного давления, клапаны всаса и выхлопа рабочего агента, герметизирующий элемент - пакерное устройство, насосно-компрессорные трубы - НКТ, обсадную колонну с перфорационными отверстиями и цементным тампонажным кольцом, пороховой аккумулятор давления скважин - пороховой заряд с механизмом воспламенения заряда (см. книгу Попов А.А. Ударные воздействия на призабойную зону скважин. М. : Недра, 1990, с.35, 36, 38-45, 74-76, рис.24).Недостатком использования этого оборудования является то, что при некачественном цементаже может разорваться обсадная колонна и произойти заклинивание подводящих проводов, пороховые газы при входе в объем пласта могут перераспределиться с насыщающей пластовой жидкостью и образовать эффект Жамена, приводящий к закупорке прискважинной зоны. Equipment for hydraulic fracturing and increasing rock permeability is also known, including a power hydraulic cylinder, pressure chamber, suction and exhaust valves of the working agent, a sealing element - a packer device, tubing - tubing, a casing with perforations and cement grouting ring, a powder accumulator of well pressure — a powder charge with a charge ignition mechanism (see the book A. Popov. Impact effects on the bottomhole zone of wells. M.: Nedra, 1990, p. 35, 36, 38-45 , 74-76, Fig. 24). The disadvantage of using this equipment is that with poor cementing, the casing may break and the lead wires get jammed, powder gases at the entrance to the reservoir volume can be redistributed with the saturating formation fluid and form the Jamen effect, leading to blockage of the borehole zone.
Известен интервальный пакер по авт. свид. СССР 643625, кл. Е 21 В 33/12, опубл. в БИ 3, 1979, содержащий верхний и нижний пакеры со стволами, выполненными с радиальными каналами, корпус с окнами, якорь, клапанное устройство, гильзу и фиксатор, причем ствол нижнего пакера жестко соединен с гильзой, а фиксатор установлен на конце ствола верхнего пакера с возможностью взаимодействия с гильзой, при этом в нижней части ствола нижнего пакера установлен жестко связанный с ним патрубок, образующий со стволом кольцевую полость, а под герметизирующим элементом установлен поршень, образующий со стволом камеру, сообщающуюся с кольцевой полостью, а при пакеровке - с внутрипакерным пространством. Нижняя поверхность интервального пакера выполнена плоской, что не влияет на эффективность работы пакера, но при использовании его при взрыве уменьшает эффективность последнего. Known interval packer by ed. testimonial. USSR 643625, class E 21 B 33/12, publ. in
Техническим результатом, который будет получен при использовании изобретения, является ограничение зоны охвата волновым воздействием в заданных пределах толщины пласта за счет выполнения на стенках скважины окружных концентраторов напряжений, позволяющих производить гидроразрыв в их плоскости при изоляции пакерами и меньших гидростатических давлениях, а при выполнении прямолинейных концентраторов напряжений на стенках скважины, ограниченных сверху и снизу окружными, производство гидроразрыва в плоскостях, параллельных продольной оси скважины, при оптимальных гидростатических давлениях, и затем осуществлять с помощью управляемого волнового гидродинамического воздействия дилатантное разрыхление в макрообъемах между образовавшимися трещинами, ликвидируя закрытую пористость и повышая проницаемость пород. The technical result, which will be obtained by using the invention, is to limit the coverage area by the wave action within the specified limits of the thickness of the reservoir due to the execution of circumferential stress concentrators on the walls of the well, which allow hydraulic fracturing in their plane when insulated by packers and lower hydrostatic pressures, and when performing straight-line concentrators stresses on the walls of the well, limited by circumferential top and bottom, fracturing in planes parallel to the longitudinal the borehole axis, under optimal hydrostatic pressures, and then carried out using managed hydrodynamic wave impact loosening in dilatant macrovolumes between cracks formed by eliminating a closed porosity and increasing the permeability of the rock.
Достигается это тем, что способ гидроразрыва пласта и повышения проницаемости горных пород, включающий бурение скважины на заданную глубину, испытание пласта на приток, размещение на устье скважины наземного насосного агрегата, подающего рабочий агент в скважину, вскрывающую пласт полезного ископаемого, воздействие ударными волнами с помощью гидроударного устройства и с передачей их по жидкостному волноводу в скважине с последующим поворотом волны от отражателя в пласт, согласно изобретению дополнительно на стенках скважины в пределах толщины интересующего пласта выполняют верхний и нижний окружные и прямолинейные концентраторы напряжений с помощью предварительно спускаемого в скважину специального режущего инструмента, извлекаемого на поверхность земли после их наведения, затем спускают в скважину в составе буровой колонны с системой радиальных и продольных каналов золотниковое устройство, втулку, подпружиненный клапан и сдвоенный пакер, предназначенные для изоляции одного из окружных концентраторов напряжений сверху и снизу его, и после спускают в составе насосно-компрессорных труб (НКТ) с системой радиальных и продольных каналов переводник с подпружиненной втулкой, гидроударное устройство, насос-мультипликатор, ресивер высокого давления с управляемым сбрасывающим клапаном - генератор высокого давления (силовой гидроцилиндр), в составе корпуса которого находится путевой переключатель давления, до приведения в функциональную связь систем радиальных и продольных каналов и перечисленных устройств в составе буровой колонны и в составе НКТ и включают в работу с помощью наземного насосного агрегата гидроударное устройство, выполняющее роль гидропривода насоса-мультипликатора, подающего рабочий агент в ресивер высокого давления, по достижении расчетной предельной величины которого оно автоматически и циклически сбрасывается во внутрипакерное пространство; после достижения требуемой величины давления рабочего агента во внутрипакерных пространствах его величину повышают с помощью гидроударного устройства и наземного насосного агрегата, при котором происходит сдвиг вниз верхнего подпружиненного ступенчатого поршня и фиксация его положения внутри путевого переключателя, в результате чего давление во внутрипакерных пространствах запирается и открывается канал к изолированному окружному концетратору напряжений и нагнетание давления в нем из ресивера высокого давления производят аналогично с помощью гидроударного устройства и наземного насосного агрегата до гидроразрыва пласта, здесь давление рабочего агента в области окружного концентратора напряжений, поскольку давление во внутрипакерных пространствах заперто и зафиксировано, опускают ниже, чем внутри пакеров; гидроразрыв пласта фиксируют по резкому падению давления при нагнетании рабочего агента с помощью наземного насосного агрегата; после гидроразрыва пласта производят открепление фиксаторов верхнего подпружиненного ступенчатого поршня путевого переключателя давления с помощью давления, подаваемого на нижний край нижнего подпружиненного ступенчатого поршня-открепителя, и сброс давлений во внутрипакерных пространствах и осуществляют их связь с подпакерным и надпакерным пространствами, после чего устройство принимает свое исходное состояние и его перемещают вдоль скважины так, чтобы пакеры изолировали своими уплотнительными элементами другой окружный концентратор напряжений и все действия с ним повторяют аналогично действиям с первым окружным концентратором напряжений; после этого устройство извлекают на поверхность и опускают устройство, оснащенное двумя парами пакеров, предназначенными для одновременного изолирования верхнего и нижнего окружных концентраторов напряжений и производства гидроразрыва вдоль прямолинейных концентраторов напряжений на стенках скважины, осуществление которого аналогично гидроразрыву в плоскости окружного концентратора напряжений; после гидроразрыва по прямолинейным концентраторам напряжений на стенках скважины осуществляют расширение зоны разуплотнения пород в макрообъемах и повышение проницаемости с ликвидацией закрытой пористости путем циклического гидроимпульсного воздействия с помощью давления рабочего агента, автоматически сбрасываемого ресивером высокого давления при нагнетании его насосом-мультипликатором; сами образовавшиеся вертикальные трещины не выходят за пределы образованных до этого трещин в горизонтальных плоскостях, раскрытость образовавшихся вертикальных трещин обеспечивается за счет того, что вертикальная составляющая горного давления всегда больше окружной тангенциальной составляющей горного давления; альтернативой генератору высокого давления рабочего агента может служить пороховой заряд или цепочка зарядов, при необходимости включаемых в действие через определенные промежутки времени до достижения гидроразрыва пласта. This is achieved by the fact that the method of hydraulic fracturing and increasing rock permeability, including drilling a well to a predetermined depth, testing the formation for inflow, placing a ground-based pumping unit at the wellhead, supplying a working agent to the well opening a mineral layer, using shock waves using hydropercussion device and with their transmission through a liquid waveguide in the well with subsequent rotation of the wave from the reflector into the reservoir, according to the invention, additionally on the walls of the well to the limit x the thickness of the formation of interest, the upper and lower circumferential and rectilinear stress concentrators are performed using a special cutting tool previously lowered into the well, removed to the earth’s surface after their pointing, then lowered into the well as part of a drill string with a system of radial and longitudinal channels, a spool device, a sleeve, a spring-loaded valve and a twin packer designed to isolate one of the circumferential stress concentrators above and below it, and then lower as part of pine-compressor pipes (tubing) with a system of radial and longitudinal channels a sub with a spring-loaded sleeve, a hydraulic shock device, a multiplier pump, a high-pressure receiver with a controlled relief valve - a high-pressure generator (power hydraulic cylinder), which includes a directional pressure switch, before bringing into functional communication the radial and longitudinal channel systems and the listed devices as part of the drill string and as part of the tubing and include in the work using the ground pump regatta hydropercussion device that performs the role of a multiplier-hydraulic drive pump supplying the working agent in the high pressure receiver, after reaching the calculated limit value which is automatically and cyclically reset at vnutripakernoe space; after reaching the required pressure of the working agent in the inner packer spaces, its value is increased with the help of a hydraulic shock device and a ground-based pumping unit, during which the upper spring-loaded step piston is shifted down and its position inside the directional switch is fixed, as a result of which the pressure in the inner packer spaces is locked and the channel opens to an isolated circuit stress concentrator and forcing pressure in it from a high-pressure receiver adic by means of hydraulic devices and ground pumping unit to fracturing, are working agent pressure in the circumferential stress concentrator, since the pressure is locked and fixed during vnutripakernyh spaces lowered lower than inside the packer; hydraulic fracturing is recorded by a sharp drop in pressure during injection of the working agent using a ground-based pumping unit; after hydraulic fracturing, the latches of the upper spring-loaded step piston of the directional pressure switch are released using the pressure applied to the lower edge of the lower spring-loaded step piston-detacher, and the pressure is released in the inner packer spaces and they are connected with the under-packer and over-packer spaces, after which the device takes its original state and it is moved along the well so that the packers isolate another circumferential concentration with their sealing elements Rathore stress and all the action with him repeating similar actions with the first circumferential stress concentrator; after that, the device is removed to the surface and lowered to a device equipped with two pairs of packers designed to simultaneously isolate the upper and lower circumferential stress concentrators and to produce fracturing along rectilinear stress concentrators on the borehole walls, the implementation of which is similar to hydraulic fracturing in the plane of the circumferential stress concentrator; after hydraulic fracturing along rectilinear stress concentrators on the well walls, the expansion zone of rocks is expanded in macro volumes and the permeability is increased with the elimination of closed porosity by cyclic hydro-pulse exposure using the pressure of the working agent automatically released by the high pressure receiver when it is pumped by the multiplier pump; the vertical cracks that have formed themselves do not go beyond the previously formed cracks in horizontal planes, the openness of the vertical cracks formed is ensured by the fact that the vertical component of rock pressure is always greater than the circumferential tangential component of rock pressure; An alternative to a high-pressure generator of a working agent can be a powder charge or a chain of charges, which, if necessary, are activated at certain intervals until hydraulic fracturing is achieved.
Оборудование для гидроразрыва пласта и повышения проницаемости горных пород, включающее жидкий волновод, генератор силовых волн, передающий колебания волноводу, гидроударное устройство или гидромолот с возможностью его возвратно-поступательного движения с клапаном и бойком и патрубком высокого давления воды, согласно изобретению дополнительно снабжено спускаемым в скважину режущим инструментом для наведения окружных и прямолинейных концентраторов напряжений на стенках скважины, извлекаемым из нее после их выполнения, режущий инструмент для производства окружных концентраторов может быть представлен в трех вариантах, в двух из которых предусматривается создание вращательного момента маховика, оснащенного подпружиненным выдвижным режущим инструментом при постоянном и переменном радиусах приложения сил реакции вытекающих струй рабочего агента (воды) с применением механических связей в виде подшипников качения, в третьем - исключаются механические связи и заменяются на гидравлические типа гидравлической смазки, благодаря чему вращение маховика с режущим инструментом осуществляется в плавающем режиме без шума и вибрации; тарирование давления рабочего агента на максимальный выход подпружиненного режущего инструмента производят предварительно, после чего процесс нарезания концентраторов напряжений на стенках скважины становится управляемым с поверхности земли; режущий инструмент для наведения прямолинейных концентраторов напряжений дополнительно оснащен управляемым с поверхности земли отклоняющим устройством, прижимающим режущий инструмент к стенке скважины, а НКТ на поверхности земли оснащены угломером, позволяющим наводить прямолинейные концентраторы напряжений на стенках скважины с заданным углом между ними. Equipment for hydraulic fracturing and increasing the permeability of rocks, including a liquid waveguide, a power wave generator, transmitting vibrations to a waveguide, a hydraulic hammer or a hydraulic hammer with the possibility of its reciprocating movement with a valve and a striker and a high-pressure water pipe, according to the invention is additionally equipped with a drain into the well cutting tool for guiding circumferential and rectilinear stress concentrators on the walls of the well, extracted from it after they are completed, cutting tool The tool for the production of circumferential concentrators can be presented in three versions, two of which provide for the creation of a flywheel torque equipped with a spring-loaded retractable cutting tool with constant and variable radii of the application of reaction forces of the flowing jets of the working agent (water) using mechanical couplings in the form of rolling bearings , in the third - mechanical connections are eliminated and replaced by hydraulic type hydraulic lubrication, so that the rotation of the flywheel with a cutting tool mentia carried out in a floating mode without noise and vibration; calibration of the pressure of the working agent to the maximum output of the spring-loaded cutting tool is carried out previously, after which the process of cutting stress concentrators on the walls of the well becomes controlled from the surface of the earth; The cutting tool for directing straight stress concentrators is additionally equipped with a deflecting device controlled from the surface of the earth, pressing the cutting tool against the wall of the well, and the tubing on the surface of the earth is equipped with an angle gauge that allows directing straight stress concentrators on the walls of the well with a given angle between them.
Оборудование для гидроразрыва пласта и повышения проницаемости, включающее втулку, подпружиненный клапан, размещенные в составе буровой колонны во внутритрубном пространстве, оснащенные радиальными и продольными каналами, одну пару пакеров, размещенных на внешней поверхности корпусов в составе буровой колонны, силовой гидроцилиндр (генератор высокого давления), переводник для осуществления функциональной связи, согласно изобретению дополнительно снабжено золотниковым устройством в составе буровой колонны, размещенным в ее внутритрубном пространстве и примыкающим снизу к нижнему торцу втулки, взаимодействующим с подпружиненным клапаном, расположенном выше втулки, и предназначенным для осуществления гидравлической связи внутрипакерных пространств между собой и с генератором высокого давления, с подпакерным и надпакерным пространствами с помощью радиальных и продольных каналов, выполненных в цилиндрической стенке корпусов в составе буровой колонны, силовым гидроцилиндром (генератором высокого давления), размещенным в составе насосно-компрессорных труб (НКТ) выше относительно подпружиненного клапана и жестко связанным с вышерасположенным насосом-мультипликатором, который в свою очередь жестко связан с вышерасположенным гидроударным устройством и гидроударное устройство жестко связано с вышерасположенным переводником, а верхний край переводника жестко связан с НКТ, в составе корпуса силового гидроцилиндра в нижней его части жестко установлен путевой переключатель давления, в стенке корпуса которого выполнены радиальные и продольные каналы для подачи рабочего агента в пакеры, в область межпакерного пространства, в путевой переключатель давления для перевода его в исходное состояние, предназначенный для запирания заданного давления рабочего агента в верхнем и нижнем пакерах и последующего открывания каналов с направлением от силового гидроцилиндра в область окружного концентратора напряжений для производства гидроразрыва, для необходимости сброса давления во внутрипакерных пространствах после производства гидроразрыва пласта с помощью канала, выполненного в боковых стенках корпусов последовательно сверху вниз переводника, гидроударного устройства, насоса-мультипликатора, силового гидроцилиндра, путевого переключателя давления и перекрытого в переводнике корпусом подпружиненной втулки с осевым каналом и уплотнениями до тех пор, пока не будет произведен гидроразрыв пласта, после которого осевой канал подпружиненной втулки переводника перекрывают сбрасываемым с поверхности земли внутри НКТ гладким шаром и путем подачи расчетного давления подпружиненную втулку осаживают вниз до положения, при котором открывается вышеупомянутый канал, к нижнему краю подпружиненного ступенчатого поршня-открепителя, предназначенного для открепления фиксаторов верхнего подпружиненного ступенчатого поршня путевого переключателя давления, после чего верхний подпружиненный ступенчатый поршень займет свое исходное положение, перекрывая собой канал в межпакерное пространство и открывая канал в золотниковое устройство и внутрипакерное пространство, а подпружиненный ступенчатый поршень-открепитель откроет канал во внутреннее пространство НКТ для сброса давления рабочего агента из внутрипакерных пространств и их последующей связи с помощью золотникового устройства с подпакерным и надпакерным пространствами. Equipment for hydraulic fracturing and permeability enhancement, including a sleeve, a spring-loaded valve placed in the drill string in the in-pipe space, equipped with radial and longitudinal channels, one pair of packers placed on the outer surface of the shells in the drill string, power hydraulic cylinder (high pressure generator) , sub for the implementation of functional communication, according to the invention is additionally equipped with a spool device in the composition of the drill string, placed inside ubnoy space and adjacent to the bottom of the lower end of the sleeve, interacting with a spring-loaded valve located above the sleeve, and designed to provide hydraulic communication between the inside of the spaces with each other and with the high pressure generator, with the under-packer and over-packer spaces using radial and longitudinal channels made in a cylindrical the wall of the hulls as part of the drill string, a power hydraulic cylinder (high pressure generator), placed as part of the tubing relative to the spring-loaded valve and rigidly connected to the upstream multiplier pump, which in turn is rigidly connected to the upstream hydraulic shock device and the hydraulic shock device is rigidly connected to the upstream sub, and the upper edge of the sub is rigidly connected to the tubing, as part of the power hydraulic cylinder body in its lower part a directional pressure switch is rigidly installed, in the housing wall of which there are radial and longitudinal channels for supplying the working agent to the packers, in the jpaker space, in the directional pressure switch to return it to its original state, designed to lock the preset pressure of the working agent in the upper and lower packers and then open the channels with a direction from the power hydraulic cylinder to the region of the circumferential stress concentrator for fracturing, for the need to relieve pressure in the inner packer spaces after the production of hydraulic fracturing using a channel made in the side walls of the bodies sequentially from top to bottom an evodnik, a hydropercussion device, a multiplier pump, a power hydraulic cylinder, a directional pressure switch and a spring-loaded sleeve with an axial channel and seals blocked in the sub by the hydraulic fracturing, after which the axial channel of the spring-loaded sleeve of the sub is blocked by the discharge from the ground inside the tubing, with a smooth ball and by applying the design pressure, the spring-loaded sleeve is placed down to the position where the aforementioned channel opens, to the lower at the edge of the spring-loaded step piston-uncoupler, designed to unfasten the latches of the upper spring-loaded step piston of the directional pressure switch, after which the upper spring-loaded step piston will take its initial position, blocking the channel into the interpacker space and opening the channel into the spool device and the inside-packer space, and the spring-loaded step the uncoupled piston will open the channel into the inner space of the tubing to relieve the pressure of the working agent from the inner pack spaces and their subsequent connection with the help of the slide valve device with sub-packer and overpacker spaces.
Оборудование для гидроразрыва пласта и повышения проницаемости вдоль прямолинейных концентраторов напряжений на стенках скважины после выполнения гидроразрыва пласта в двух плоскостях окружных концентраторов напряжений на стенках скважины в пределах испытуемого пласта согласно изобретению дополнительно оснащено двумя парами пакеров, предназначенными для изолирования трещин в горизонтальных плоскостях, и их внутрипакерные пространства гидравлически связаны между собой, а канал сброса высокого давления выведен в зону межпакерного пространства двух средних пакеров. Equipment for hydraulic fracturing and increasing permeability along straight-line stress concentrators on the well walls after performing hydraulic fracturing in two planes of circumferential stress concentrators on the walls of the well within the test formation according to the invention is additionally equipped with two pairs of packers designed to isolate cracks in horizontal planes, and their intra-packer the spaces are hydraulically interconnected, and the high-pressure relief channel is brought into the inter-packer zone about the space of two medium packers.
Оборудование для гидроразрыва пласта и повышения проницаемости горных пород, включающее силовой гидроцилиндр, камеру повышенного давления, клапаны всаса и выхлопа рабочего агента, полый подпружиненный поршень, герметизирующий элемент - пакерное устройство, буровую колонну, насосно - компрессорные трубы - НКТ, обсадную колонну с перфорационными отверстиями и цементным тампонажным кольцом, золотниковое устройство, дополнительно оснащено пороховым зарядом, при подрыве которого давление пороховых газов распределяется на полый подпружиненный поршень, шарнирно связанный с камерой повышенного давления, содержащей клапаны всаса и выхлопа рабочего агента, выпускным каналом для отработанных пороховых газов, имеющим связь с внутренним пространством НКТ, рабочим цилиндром, предназначенным для движения в нем полого подпружиненного поршня, содержащим корпус, жестко соединенный с корпусом камеры повышенного давления, в составе буровой колонны, пороховой заряд размещен в полости камеры высокого давления внутри корпуса рабочего цилиндра над полым подпружиненным поршнем, корпус рабочего цилиндра оснащен кольцевой проточкой и каналом, гидравлически связанными с пространством, заключенным между стенкой буровой колонны и НКТ, и камерой повышенного давления, патрон порохового заряда жестко прикреплен своим верхним краем к нижнему краю корпуса в составе НКТ, жестко закрепленного в корпусе рабочего цилиндра и уплотненного кольцевыми уплотнениями, в верхней части патрона размещен капсюль, а в нижней части корпуса в составе НКТ размещен подпружиненный боек с укрепленной на его верхней части конусной головкой, предназначенной для захвата, спускаемого с поверхности земли, корпус рабочего цилиндра и корпус в составе НКТ оснащены радиальными каналами для пневматической связи с выпускным каналом отработанных пороховых газов и внутренним пространством НКТ, корпус камеры высокого давления на своей внешней поверхности оснащен втулкой, шарнирно связанной со стаканом, предназначенным для опоры на дно скважины, в стенках корпуса, втулки и стакана выполнены Т-образные пазы под головки закрепленных болтов для возможности шарнирного соединения и перемещения в продольном направлении при сжатии герметизирующих элементов-пакеров, стакан оснащен радиальными каналами, предназначенными для гидравлической связи с перфорационными отверстиями в обсадной колонне, цементном тампонажном кольце, испытуемом пласте в пределах его толщины, стенка корпуса камеры повышенного давления со стороны его нижнего края оснащена подпружиненным золотником с выступом, полость которого гидравлически связана с замкнутым объемом подпакерного пространства с помощью радиального канала в стенке корпуса и с затрубным надпакерным пространством буровой колонны, в составе которой находится корпус, с помощью другого канала, выступ подпружиненного золотника предназначен для контакта с дном стакана и с возможностью перемещения выступа подпружиненного золотника вверх для перекрытия радиального канала по мере деформации пакеров за счет перемещения буровой колонны под необходимым расчетным усилием с поверхности земли и последующего подрыва порохового заряда, а при испытании пласта на приток после производства его гидроразрыва путем снижения усилия на буровую колонну с возможностью перемещения выступа подпружиненного золотника вниз для открывания канала в затрубное надпакерное пространство. Equipment for hydraulic fracturing and increasing the permeability of rocks, including a power hydraulic cylinder, a pressure chamber, suction and exhaust valves of the working agent, a hollow spring-loaded piston, a sealing element - a packer device, a drill string, tubing - tubing, a casing with perforations and cement grouting ring, the spool device is additionally equipped with a powder charge, under the explosion of which the pressure of the powder gases is distributed to the hollow springs a piston articulated with a pressure chamber containing suction and exhaust valves of the working agent, an exhaust channel for exhaust powder gases, connected to the interior of the tubing, a working cylinder designed to move a hollow spring piston in it, containing a housing rigidly connected to the housing of the pressure chamber, as part of the drill string, the powder charge is placed in the cavity of the high pressure chamber inside the housing of the working cylinder above the hollow spring-loaded piston, the housing the working cylinder is equipped with an annular groove and a channel hydraulically connected with the space enclosed between the wall of the drill string and the tubing and the pressure chamber, the powder charge cartridge is rigidly attached with its upper edge to the lower edge of the housing as part of the tubing, rigidly fixed in the housing of the working cylinder and sealed O-rings, in the upper part of the cartridge there is a capsule, and in the lower part of the body as a part of the tubing there is a spring-loaded striker with a conical head fixed on its upper part, significant for the capture, which is lowered from the surface of the earth, the working cylinder body and the housing as part of the tubing are equipped with radial channels for pneumatic communication with the exhaust channel of the spent powder gases and the internal space of the tubing, the housing of the high-pressure chamber on its outer surface is equipped with a sleeve pivotally connected to the glass, designed to support the bottom of the well, in the walls of the body, the sleeve and the glass, T-grooves are made under the heads of the fixed bolts for the possibility of articulation and movement in the longitudinal direction when compressing the sealing elements-packers, the cup is equipped with radial channels designed for hydraulic communication with perforations in the casing, cement grouting ring, the test formation within its thickness, the wall of the pressure chamber housing from the side of its lower edge is equipped with a spring-loaded spool with a protrusion, the cavity of which is hydraulically connected with the closed volume of the under-packer space with the help of a radial channel in the wall of the body and with annulus by the above-packer space of the drill string, in which the housing is located, by means of another channel, the spring-loaded spool protrusion is designed to contact the bottom of the cup and with the possibility of moving the spring-loaded spool protrusion upwards to overlap the radial channel as the packers deform due to the movement of the drill string under the required design force from the surface of the earth and subsequent erosion of the powder charge, and when testing the formation for inflow after the production of its hydraulic fracturing by reducing the effort urs column movably spring-loaded protrusion for opening slide downwards into the annular channel nadpakernoe space.
Оборудование для гидроразрыва пласта и повышения его проницаемости с использованием порохового заряда согласно изобретению дополнительно допускает упрощение за счет исключения полого подпружиненного поршня и глушения выхлопного канала пороховых газов, когда их давление в момент подрыва распределяется непосредственно на поверхность флюида в самой буровой колонне при пакеровке путем ее нагружения с поверхности земли; по уровню флюида в буровой колонне до и после сгорания порохового заряда рассчитывают объем появившихся трещин после гидроразрыва пласта. Equipment for hydraulic fracturing and increasing its permeability using a powder charge according to the invention additionally allows simplification by eliminating a hollow spring-loaded piston and damping the exhaust channel of the powder gases when their pressure at the time of blasting is distributed directly to the surface of the fluid in the drill string itself during packing by loading from the surface of the earth; the level of fluid in the drill string before and after the combustion of the powder charge calculates the volume of cracks after hydraulic fracturing.
Отличительными признаками изобретения являются следующие:
- на стенках скважины в пределах толщины пласта выполняют верхний и нижний окружные и прямолинейные концентраторы напряжений с помощью предварительно спускаемого в скважину специального режущего инструмента, извлекаемого на поверхность земли после их наведения;
- спускают в скважину в составе буровой колонны с системой радиальных и продольных каналов золотниковое устройство, втулку, подпружиненный клапан и сдвоенный пакер, предназначенные для изоляции одного из окружных концентраторов напряжений сверху и снизу его, и после спускают в составе насосно-компрессорных труб (НКТ) с системой радиальных и продольных каналов переводник с подпружиненной втулкой, гидроударное устройство, насос-мультипликатор, ресивер высокого давления с управляемым сбрасывающим клапаном - генератор высокого давления (силовой гидроцилиндр), в составе корпуса которого находится путевой переключатель давления, до приведения в функциональную связь систем радиальных и продольных каналов и перечисленных устройств в составе буровой колонны и в составе НКТ и включают в работу с помощью наземного насосного агрегата гидроударное устройство, выполняющее роль гидропривода насоса-мультипликатора, подающего рабочий агент в ресивер высокого давления, по достижении расчетной предельной величины которого оно автоматически и циклически сбрасывается во внутрипакерное пространство;
- после достижения требуемой величины давления рабочего агента во внутрипакерных пространствах его величину повышают с помощью гидроударного устройства и наземного насосного агрегата, при котором происходит сдвиг вниз верхнего подпружиненного ступенчатого поршня и фиксация его положения внутри путевого переключателя, в результате чего давление во внутрипакерных пространствах запирается и открывается канал к изолированному окружному концентратору напряжений и нагнетание давления в нем из ресивера высокого давления производят аналогично с помощью гидроударного устройства и наземного насосного агрегата до гидроразрыва пласта, здесь давление рабочего агента в области окружного концентратора напряжений, поскольку давление во внутрипакерных пространствах заперто и зафиксировано, опускают ниже, чем внутри пакеров;
- гидроразрыв пласта фиксируют по резкому падению давления при нагнетании рабочего агента с помощью наземного насосного агрегата;
- после гидроразрыва пласта производят открепление фиксаторов верхнего подпружиненного ступенчатого поршня путевого переключателя давления с помощью давления, подаваемого на нижний край подпружиненного ступенчатого поршня-открепителя, и сброс давлений во внутрипакерных пространствах и осуществляют их связь с подпакерным и надпакерным пространствами, после чего устройство принимает свое исходное состояние и его перемещают вдоль скважины так, чтобы пакеры изолировали своими уплотнительными элементами другой окружный концентратор напряжений и все действия с ним повторяют аналогично действиям с первым окружным концентратором напряжений;
- устройство извлекают на поверхность и опускают устройство, оснащенное двумя парами пакеров, предназначенными для одновременного изолирования верхнего и нижнего окружных концентраторов напряжений и производства гидроразрыва вдоль прямолинейных концентраторов напряжений на стенках скважины, осуществление которого аналогично гидроразрыву в плоскости окружного концентратора напряжений;
- после гидроразрыва по прямолинейным концентраторам напряжений на стенках скважины осуществляют расширение зоны разуплотнения пород в макрообъемах и повышения проницаемости с ликвидацией закрытой пористости путем циклического гидроимпульсного воздействия с помощью давления рабочего агента, автоматически сбрасываемого ресивером высокого давления при нагнетании его насосом-мультипликатором;
- образовавшиеся вертикальные трещины не выходят за пределы образованных до этого трещин в горизонтальных плоскостях, раскрытость образовавшихся вертикальных трещин обеспечивается за счет того, что вертикальная составляющая горного давления всегда больше окружной тангенциальной составляющей горного давления;
- альтернативой генератору высокого давления рабочего агента может служить пороховой заряд или цепочка зарядов, при необходимости включаемых в действие через определенные промежутки времени до достижения гидроразрыва пласта;
- оборудование для гидроразрыва пласта и повышения проницаемости снабжено спускаемым в скважину режущим инструментом для наведения окружных и прямолинейных концентраторов напряжений на стенках скважины, извлекаемым из нее после их выполнения, режущий инструмент для производства окружных концентраторов может быть представлен в трех вариантах, в двух из которых предусматривается создание вращательного момента маховика, оснащенного подпружиненным выдвижным режущим инструментом при постоянном и переменном радиусах приложения сил реакции вытекающих струй рабочего агента (воды) с применением механических связей в виде подшипников качения, в третьем - исключаются механические связи и заменяются на гидравлические типа гидравлической смазки, благодаря чему вращение маховика с режущим инструментом осуществляется в плавающем режиме без шума и вибрации;
- тарирование давления рабочего агента на максимальный выход подпружиненного режущего инструмента производят предварительно, после чего процесс нарезания концентраторов напряжений на стенках скважины становится управляемым с поверхности земли;
- режущий инструмент для наведения прямолинейных концентраторов напряжений оснащен управляемым с поверхности земли отклоняющим устройством, прижимающим режущий инструмент к стенке скважины, а НКТ на поверхности земли оснащены угломером, позволяющим наводить прямолинейные концентраторы напряжений на стенках скважины с заданным углом между ними;
- оборудование снабжено золотниковым устройством в составе буровой колонны, размещенным в ее внутритрубном пространстве и примыкающим снизу к нижнему торцу втулки, взаимодействующим с подпружиненным клапаном, расположенным выше втулки и предназначенным для осуществления гидравлической связи внутрипакерных пространств между собой и с генератором высокого давления, с подпакерным и надпакерным пространствами с помощью радиальных и продольных каналов, выполненных в цилиндрической стенке корпусов в составе буровой колонны, силовым гидроцилиндром (генератором высокого давления), размещенным в составе насосно-компрессорных труб (НКТ) выше относительно подпружиненного клапана и жестко связанным с вышерасположенным насосом-мультипликатором, который в свою очередь жестко связан с вышерасположенным гидроударным устройством, и гидроударное устройство жестко связано с вышерасположенным переводником, а верхний край переводника жестко связан с НКТ, в составе корпуса силового гидроцилиндра в нижней его части жестко установлен путевой переключатель давления, в стенке корпуса которого выполнены радиальные и продольные каналы для подачи рабочего агента в пакеры, в область межпакерного пространства, в путевой переключатель давления для перевода его в исходное состояние, предназначенный для запирания заданного давления рабочего агента в верхнем и нижнем пакерах и последующего открывания каналов с направлением от силового гидроцилиндра в область окружного концентратора напряжений для производства гидроразрыва, для необходимости сброса давления во внутрипакерных пространствах после производства гидроразрыва пласта с помощью канала, выполненного в боковых стенках корпусов последовательно сверху-вниз переводника, гидроударного устройства, насоса-мультипликатора, силового гидроцилиндра, путевого переключателя давления и перекрытого в переводнике корпусом подпружиненной втулки с осевым каналом и уплотнениями до тех пор, пока не будет произведен гидроразрыв пласта, после которого осевой канал подпружиненной втулки переводника перекрывают сбрасываемым с поверхности земли внутри НКТ гладким шаром и путем подачи расчетного давления подпружиненную втулку осаживают вниз до положения, при котором открывается вышеупомянутый канал, к нижнему краю подпружиненного ступенчатого поршня-открепителя, предназначенного для открепления фиксаторов верхнего подпружиненного ступенчатого поршня путевого переключателя давления, после чего верхний подпружиненный ступенчатый поршень займет свое исходное положение, перекрывая собой канал в межпакерное пространство и открывая канал в золотниковое устройство и внутрипакерное пространство, а подпружиненный ступенчатый поршень-открепитель откроет канал во внутреннее пространство НКТ для сброса давления рабочего агента из внутрипакерных пространств и их последующей связи с помощью золотникового устройства с подпакерным и надпакерным пространствами;
- оборудование для гидроразрыва пласта и повышения проницаемости вдоль прямолинейных концентраторов оснащено двумя парами пакеров, предназначенными для изолирования трещин в горизонтальных плоскостях, и их внутрипакерные пространства гидравлически связаны между собой, а канал сброса высокого давления выведен в зону межпакерного пространства двух средних пакеров;
- оборудование вместо силового гидроцилиндра оснащено пороховым зарядом, при подрыве которого давление пороховых газов распределяется на полый подпружиненный поршень, шарнирно связанный с камерой повышенного давления, содержащей клапаны всаса и выхлопа рабочего агента, выпускным каналом для отработанных пороховых газов, имеющим связь с внутренним пространством НКТ, рабочим цилиндром, предназначенным для движения в нем полого подпружиненного поршня, содержащим корпус, жестко соединенный с корпусом камеры повышенного давления, в составе буровой колонны;
- пороховой заряд размещен в полости камеры высокого давления внутри корпуса рабочего цилиндра над полым подпружиненным поршнем;
- корпус рабочего цилиндра оснащен кольцевой проточкой и каналом, гидравлически связанными с пространством, заключенным между стенкой буровой колонны и НКТ, и камерой повышенного давления;
- патрон порохового заряда жестко прикреплен своим верхним краем к нижнему краю корпуса в составе НКТ, жестко закрепленного в корпусе рабочего цилиндра и уплотненного кольцевыми уплотнениями;
- в верхней части патрона размещен капсюль, а в нижней части корпуса в составе НКТ размещен подпружиненный боек с укрепленной на его верхней части конусной головкой, предназначенной для захвата, спускаемого с поверхности земли внутри НКТ с помощью троса (роль захвата может исполнять электромагнит, при включении тока сердечник электромагнита, захвативший боек, поднимается вверх, при отключении тока боек под действием пружины опускается вниз);
- корпус рабочего цилиндра и корпус в составе НКТ оснащены радиальными каналами, имеющими пневматическую связь с выпускным каналом отработанных пороховых газов и внутренним пространством НКТ;
- корпус камеры высокого давления на своей внешней поверхности оснащен втулкой, шарнирно связанной со стаканом, предназначенным для опоры на дно скважины;
- степень свободы продольного перемещения шарнирного соединения обеспечивают за счет выполнения Т-образных пазов в стенках соответственно корпуса, втулки, стакана и закрепления болтов, головки которых при сжатии в продольном направлении герметизирующих элементов (пакеров) шарнирно перемещаются внутри Т-образных пазов;
- стакан оснащен радиальными каналами, предназначенными для гидравлической связи с перфорационными отверстиями в обсадной колонне, цементном тампонажном кольце, испытуемом пласте в пределах его толщины;
- стенка корпуса камеры повышенного давления со стороны его нижнего края оснащена подпружиненным золотником с выступом, полость которого гидравлически связана с замкнутым объемом подпакерного пространства с помощью радиального канала в стенке корпуса и с затрубным надпакерным пространством буровой колонны, в составе которой находится корпус, с помощью другого канала;
- выступ подпружиненного золотника, размещенного в стенке корпуса камеры повышенного давления, предназначен для контакта с дном стакана, перемещения выступа золотника вверх, перекрытия радиального канала по мере деформации герметизирующих элементов (пакеров) за счет перемещения буровой колонны под необходимым расчетным усилием с поверхности земли и последующего подрыва порохового заряда, а при испытании пласта на приток после производства его гидроразрыва путем снижения усилия на буровую колонну выступ подпружиненного золотника перемещается вниз, открывая канал в затрубное надпакерное пространство для притока пластового флюида;
- оборудование с использованием порохового заряда допускает упрощение за счет исключения полого подпружиненного поршня и глушения выхлопного канала пороховых газов, когда их давление в момент подрыва распределяется непосредственно на поверхность флюида в самой буровой колонне при пакеровке путем ее нагружения с поверхности земли;
- по уровню флюида в буровой колонне до и после сгорания порохового заряда рассчитывают объем появившихся трещин после гидроразрыва пласта.Distinctive features of the invention are the following:
- on the walls of the borehole within the thickness of the reservoir, the upper and lower circumferential and rectilinear stress concentrators are performed using a special cutting tool previously lowered into the borehole, removed to the earth’s surface after they have been guided;
- a spool device, a bushing, a spring-loaded valve and a dual packer designed to isolate one of the district stress concentrators above and below it are lowered into the well as part of a drill string with a system of radial and longitudinal channels, and then lowered into the tubing (tubing) with a system of radial and longitudinal channels, a sub with a spring-loaded sleeve, a hydraulic shock device, a multiplier pump, a high-pressure receiver with a controllable relief valve - a high-pressure generator (with sludge hydraulic cylinder), the casing of which has a directional pressure switch, before bringing into functional communication the radial and longitudinal channel systems and the listed devices as part of the drill string and as part of the tubing and include a hydraulic shock device acting as a hydraulic drive of the pump using the ground pump unit - a multiplier supplying the working agent to the high pressure receiver, upon reaching the calculated limit value of which it is automatically and cyclically reset in the inner pack space;
- after reaching the required pressure of the working agent in the inner packer spaces, its value is increased with the help of a hydraulic shock device and a ground-based pumping unit, during which the upper spring-loaded step piston is shifted down and its position inside the travel switch is fixed, as a result of which the pressure in the inner packer spaces is locked and opened the channel to the isolated district stress concentrator and the pressure in it from the high pressure receiver produce an ogichno by means of hydraulic devices and ground pumping unit to fracturing, are working agent pressure in the circumferential stress concentrator, since the pressure is locked and fixed during vnutripakernyh spaces lowered lower than inside the packer;
- hydraulic fracturing is recorded by a sharp drop in pressure during injection of the working agent using a ground-based pumping unit;
- after hydraulic fracturing, the latches of the upper spring-loaded step piston of the directional pressure switch are released using the pressure applied to the lower edge of the spring-loaded step piston-detacher, and the pressure is released in the inner packer spaces and they are connected with the under-packer and over-packer spaces, after which the device takes its original state and it is moved along the well so that the packers insulate another circumferential concentrator with their sealing elements apryazheny and all actions with him repeating similar actions with the first circumferential stress concentrator;
- the device is removed to the surface and lowered the device, equipped with two pairs of packers, designed to simultaneously isolate the upper and lower circumferential stress concentrators and fracturing along rectilinear stress concentrators on the walls of the well, the implementation of which is similar to hydraulic fracturing in the plane of the circumferential stress concentrator;
- after hydraulic fracturing along rectilinear stress concentrators on the walls of the well, the expansion zone is decompressed in macro-volumes and permeability is increased with the elimination of closed porosity by cyclic hydroimpulse exposure using the pressure of the working agent automatically released by the high pressure receiver when it is pumped by the multiplier pump;
- the formed vertical cracks do not go beyond the previously formed cracks in horizontal planes, the openness of the formed vertical cracks is ensured due to the fact that the vertical component of the rock pressure is always greater than the circumferential tangential component of the rock pressure;
- an alternative to a high-pressure generator of a working agent can serve as a powder charge or a chain of charges, if necessary included in the action at certain intervals until hydraulic fracturing is achieved;
- equipment for hydraulic fracturing and permeability enhancement is equipped with a cutting tool lowered into the well for guiding circumferential and rectilinear stress concentrators on the walls of the well, removed from it after they are completed, the cutting tool for producing circular concentrators can be presented in three versions, two of which provide creation of a flywheel torque equipped with a spring-loaded retractable cutting tool with constant and variable radii the outflowing jets of the working agent (water) using mechanical couplings in the form of rolling bearings, in the third - mechanical couplings are eliminated and replaced by hydraulic-type hydraulic lubricants, due to which the rotation of the flywheel with the cutting tool is carried out in a floating mode without noise and vibration;
- calibration of the pressure of the working agent to the maximum output of the spring-loaded cutting tool is carried out previously, after which the process of cutting stress concentrators on the walls of the well becomes controlled from the surface of the earth;
- the cutting tool for directing straight stress concentrators is equipped with a deflecting device controlled from the surface of the earth, pressing the cutting tool against the wall of the well, and the tubing on the surface of the earth is equipped with an angle gauge that allows direct straight stress concentrators on the walls of the well with a given angle between them;
- the equipment is equipped with a spool device as part of the drill string, located in its in-tube space and adjacent from the bottom to the lower end of the sleeve, interacting with a spring-loaded valve located above the sleeve and designed to provide hydraulic communication between the inside of the packer spaces with each other and with the high-pressure generator, with the packer and over packer spaces using radial and longitudinal channels made in the cylindrical wall of the housings as part of the drill string, power guide a cylinder (high pressure generator) located in the tubing above the spring-loaded valve and rigidly connected to the upstream multiplier pump, which in turn is rigidly connected to the upstream hydraulic shock device, and the hydraulic shock device is rigidly connected to the upstream sub, and the upper edge of the sub is rigidly connected to the tubing, in the structure of the power hydraulic cylinder body in its lower part, a directional pressure switch is rigidly installed, in the casing wall and which has radial and longitudinal channels for supplying the working agent to the packers, in the area of interpacking space, to the directional pressure switch to restore it to its original state, designed to lock the set pressure of the working agent in the upper and lower packers and then open the channels with the direction from the power hydraulic cylinders in the region of the district stress concentrator for the production of hydraulic fracturing, for the need for pressure relief in the inner packer spaces after hydraulic formation breakthrough using a channel made in the side walls of the bodies sequentially from top to bottom of the sub, hydropercussion device, multiplier pump, power hydraulic cylinder, directional pressure switch and a spring-loaded sleeve blocked with an axial channel and seals in the sub until it is produced hydraulic fracturing, after which the axial channel of the spring-loaded sleeve of the sub is blocked by a smooth ball discharged from the surface of the earth inside the tubing and by applying the calculated pressure of the sub the spring sleeve is set down to the position where the aforementioned channel opens, to the lower edge of the spring-loaded step piston-detacher, designed to unfasten the clamps of the upper spring-loaded step piston of the pressure switch, after which the upper spring-loaded step piston will take its initial position, blocking the channel into the interpacker the space and opening the channel into the spool device and the inner packer space, and the spring-loaded step piston-detachment itel will open a channel into the inner space of the tubing to relieve the pressure of the working agent from the inner packer spaces and their subsequent connection using a slide valve with subpacker and overpacker spaces;
- equipment for hydraulic fracturing and increasing permeability along straight-line concentrators is equipped with two pairs of packers designed to isolate cracks in horizontal planes, and their inner packer spaces are hydraulically interconnected, and the high-pressure relief channel is brought into the interpacker space of two middle packers;
- the equipment instead of the power hydraulic cylinder is equipped with a powder charge, in the event of which the pressure of the powder gases is distributed to a hollow spring-loaded piston pivotally connected to the pressure chamber containing the suction and exhaust valves of the working agent, the exhaust channel for the spent powder gases, which is connected to the inside of the tubing, a working cylinder designed to move a hollow spring-loaded piston in it, comprising a housing rigidly connected to the housing of the pressure chamber, in ve drillstring;
- the powder charge is placed in the cavity of the high pressure chamber inside the working cylinder body above the hollow spring-loaded piston;
- the housing of the working cylinder is equipped with an annular groove and a channel hydraulically connected with the space enclosed between the wall of the drill string and tubing, and a pressure chamber;
- the cartridge of the powder charge is rigidly attached with its upper edge to the lower edge of the housing as part of the tubing, rigidly fixed in the housing of the working cylinder and sealed with ring seals;
- a capsule is placed in the upper part of the cartridge, and a spring-loaded striker with a conical head mounted on its upper part intended for gripping, lowered from the ground surface inside the tubing with a cable, is placed in the lower part of the cartridge (the electromagnet can play the role of a capture the current core of the electromagnet that has captured the firing pin rises, when the firing current is disconnected under the action of the spring it goes down);
- the housing of the working cylinder and the housing as a part of the tubing are equipped with radial channels having pneumatic connection with the exhaust channel of the spent powder gases and the inner space of the tubing;
- the housing of the high-pressure chamber on its outer surface is equipped with a sleeve pivotally connected to the glass, designed to support the bottom of the well;
- the degree of freedom of the longitudinal movement of the swivel is ensured by performing T-grooves in the walls of the housing, sleeve, cup, and bolt, respectively, the heads of which, when compressed in the longitudinal direction of the sealing elements (packers) are pivotally moved inside the T-grooves;
- the glass is equipped with radial channels designed for hydraulic communication with perforations in the casing, cement grouting ring, the tested formation within its thickness;
- the wall of the housing of the pressure chamber from the side of its lower edge is equipped with a spring-loaded spool with a protrusion, the cavity of which is hydraulically connected to the closed volume of the under-packer space using a radial channel in the body wall and with the annular over-packer space of the drill string, which includes the body, using another channel
- the protrusion of a spring-loaded spool located in the wall of the housing of the pressure chamber, is designed to contact the bottom of the cup, move the protrusion of the spool up, overlap the radial channel as the sealing elements (packers) deform by moving the drill string under the necessary calculated force from the ground and subsequent explosion of the powder charge, and when testing the formation for inflow after hydraulic fracturing by reducing the effort on the drill string, the protrusion of the spring-loaded spool moves downward, opening the channel into the annular nadpakerny space for the inflow of formation fluid;
- equipment using a powder charge can be simplified by eliminating the hollow spring-loaded piston and damping the exhaust channel of the powder gases, when their pressure at the time of blasting is distributed directly to the fluid surface in the drill string itself during packing by loading from the surface of the earth;
- by the level of fluid in the drill string before and after the combustion of the powder charge, the volume of cracks after hydraulic fracturing is calculated.
На фиг.1 приведена схема предварительного выполнения концентраторов напряжений на стенках скважины перед гидроразрывом исследуемого пласта; на фиг. 2 - пласт с выполненными трещинами в горизонтальных плоскостях, ограничивающих распространение вертикальных трещин сверху и снизу; на фиг.3 - пласт с выполненными вертикальными трещинами, ограниченными сверху и снизу горизонтальными;
на фиг.4 - компоновка инструмента и его привода для выполнения на стенках скважины концентраторов напряжений в горизонтальных плоскостях; на фиг.5 - компоновка инструмента и его привода для выполнения на стенках скважины концентраторов напряжений в вертикальных плоскостях; на фиг.6 - вертикальный разрез Б-Б маховика на фиг.5 с подпружиненными (шарнирными) патрубками; на фиг.7 - вид сверху режущего инструмента, содержащего режущую кромку с вершиной двугранного угла; на фиг.8 - вид сбоку режущего инструмента; на фиг.9 - вариант устройства для наведения концентраторов напряжений на стенках необсаженной скважины в горизонтальной плоскости с заменой механических связей на гидравлические; на фиг.10 - разрез В-В на фиг.9; на фиг.11 - продольный разрез устройства, предназначенного для создания концентраторов напряжений на стенках необсаженной скважины вдоль ее образующих; на фиг.12 - отклоняющее устройство для инструмента наведения прямолинейных концентраторов напряжений на стенках необсаженной скважины; на фиг.13 - компоновка спущенного внутрискважинного оборудования для производства гидроразрыва в плоскости окружного концентратора напряжений на стенках скважины; на фиг.14 - продольный разрез спускаемого в скважину устройства в составе буровой колонны для гидроразрыва пласта и повышения проницаемости; на фиг.15 - продольный разрез спускаемого в скважину устройства в составе буровой колонны с добавлением спущенного на НКТ силового гидроцилиндра и насоса-мультипликатора; на фиг.16 - продольный разрез нижней части спускаемого устройства в составе буровой колонны; на фиг.17 - продольный разрез путевого переключателя давления; на фиг. 18 - продольный разрез силового гидроцилиндра и насоса-мультипликатора; на фиг.19 - продольный разрез переводника с подпружиненной втулкой; на фиг. 20 - продольный разрез испытуемого пласта и спускаемого оборудования для производства гидроразрыва вдоль прямолинейных концентраторов напряжений; на фиг. 21 - продольный разрез рабочего цилиндра с подпружиненным полым поршнем под пороховой заряд, корпус которого жестко соединен с корпусом камеры повышенного давления в составе буровой колонны; на фиг.22 - схема компоновки порохового заряда в камере высокого давления в составе буровой колонны и корпуса в составе НКТ; на фиг.23 - схема компоновки пакерного устройства для варианта применения порохового заряда вместо силового гидроцилиндра.Figure 1 shows a diagram of a preliminary implementation of stress concentrators on the walls of the well before hydraulic fracturing of the investigated formation; in FIG. 2 - a layer with cracks in horizontal planes, restricting the propagation of vertical cracks from above and below; figure 3 - layer with vertical cracks, bounded above and below horizontal;
figure 4 - layout of the tool and its drive to perform on the walls of the borehole stress concentrators in horizontal planes; figure 5 - the layout of the tool and its drive to perform on the walls of the borehole stress concentrators in vertical planes; figure 6 is a vertical section BB of the flywheel in figure 5 with spring-loaded (articulated) nozzles; Fig.7 is a top view of a cutting tool containing a cutting edge with the apex of a dihedral angle; on Fig is a side view of the cutting tool; figure 9 is a variant of a device for pointing stress concentrators on the walls of an open hole in a horizontal plane with the replacement of mechanical ties with hydraulic; figure 10 is a section bb in figure 9; figure 11 is a longitudinal section of a device designed to create stress concentrators on the walls of an open hole along its generators; on Fig - deflecting device for a tool guidance straight stress concentrators on the walls of an open hole; in Fig.13 - the layout of the deflated downhole equipment for the production of hydraulic fracturing in the plane of the circumferential stress concentrator on the walls of the well; on Fig is a longitudinal section of a device lowered into the well as part of a drill string for hydraulic fracturing and increase permeability; in Fig.15 is a longitudinal section of a device lowered into the well as part of a drill string with the addition of a power hydraulic cylinder lowered onto the tubing and a multiplier pump; in Fig.16 is a longitudinal section of the lower part of the descent device in the composition of the drill string; on Fig is a longitudinal section of a directional pressure switch; in FIG. 18 is a longitudinal section of a power hydraulic cylinder and a multiplier pump; in Fig.19 is a longitudinal section of a sub with a spring-loaded sleeve; in FIG. 20 is a longitudinal section through a test formation and a descent equipment for fracturing along straight stress concentrators; in FIG. 21 is a longitudinal section of a working cylinder with a spring-loaded hollow piston under a powder charge, the housing of which is rigidly connected to the housing of the pressure chamber in the drill string; on Fig is a diagram of the layout of the powder charge in the high pressure chamber as part of the drill string and housing as part of the tubing; on Fig is a layout diagram of a packer device for an application of a powder charge instead of a power hydraulic cylinder.
На исследуемый пласт 1 (фиг.1) пробурена скважина с поверхности 2 земли, которая укреплена обсадной колонной 3 с фланцем 4 и тампонажным цементным кольцом 5, герметизирующим кольцевой зазор между обсадной колонной 3 и стенками скважины, проведенной в слоях пород 6 выше и ниже исследуемого пласта 1. Вблизи верхней и нижней границ исследуемого пласта 1 создают концентраторы 7 напряжений, представляющие собой кольцевые остроугольные углубления в стенках участка необсаженной скважины и расположенные в плоскостях, перпендикулярных оси скважины под нижним краем обсадной колонны 3. После этого производят гидроразрыв пласта с образованием трещин 8, расположенных в плоскостях, параллельных границам исследуемого пласта или по самим границам. Затем создают вертикальные остроугольные концентраторы 9 напряжений вдоль образующих цилиндрической поверхности необсаженной скважины, расположенные друг от друга на заданный угол (фиг.1, 2) и между наведенными горизонтальными трещинами 8. Количество концентраторов 9 выбирают от трех и более. После получения вертикальных остроугольных концентраторов 9 напряжений на стенках скважины создают с помощью проведения гидроразрыва вертикальные трещины 10, ограниченные сверху и снизу горизонтальными трещинами 8. Протяженность вертикальных трещин в радиальном направлении от оси скважины вглубь массива пласта не должна превосходить протяженности горизонтальных трещин (фиг.3). Полученная таким образом сеть трещин резко увеличивает поверхность флюидосбора, что непременно повысит и дебит добывающей скважины. A well was drilled from the
Вышесказанное относится к способу гидроразрыва пласта путем искусственного предварительного наведения на стенках скважины концентраторов 7 и 9 напряжений. The foregoing relates to a method of hydraulic fracturing by artificially
Теперь опишем предлагаемый инструмент, с помощью которого наводят эти концентраторы. На фиг.4 показан вертикальный разрез устройства для наведения в горизонтальных плоскостях на стенках скважины концентраторов 7 напряжений. Оно состоит из корпуса 11, оснащенного конической резьбой 12 для жесткой связи его с насосно-компрессорными трубами, осевым каналом 13, радиальными каналами 14 и 15, предназначенными для подвода рабочего агента (например, воды), поршня 16, шарнирно или жестко связанного с нажимной втулкой 17, снабженной подпружиненными выступами 18, предназначенными для шарнирной связи с продольными пазами 19 корпуса 11, подшипника 20, предназначенного для шарнирной связи нажимной втулки 17 со скользящим подпружиненным упором 21, подшипника 22, шарнирно связывающего скользящий упор 21 с пружиной 23, расположенной внутри кольцевого зазора между корпусом 11 и боковой цилиндрической стенкой скользящего упора 21, опирающейся нижним краем на торец гайки 24, зафиксированной контрагайкой 25 по резьбе корпуса 11, маховика 26, надетого на выступ корпуса 11 в его нижней части и шарнирно опирающегося на опорный подшипник 27, зафиксированный на выступе корпуса 11 с помощью гайки 28 и контрагайки 29 по резьбе на нижнем конце выступа корпуса 11. Маховик 26 снабжен в его средней части кольцевой проточкой 30, предназначенной для связи с радиальными каналами 15 и осевым каналом 13 и кольцевыми проточками 31 для уплотнения зазора между выступом корпуса 11 и маховиком 26 и режущим инструментом 32, содержащим упругий элемент 33, выполненный в виде кольца, имеющим возможность радиального перемещения при взаимодействии контактируемых поверхностей режущего инструмента 32 и скользящего упора 21. На фиг.5 показан вид сверху маховика 26 при сечении А-А на фиг.4. Маховик 26 снабжен выхлопными каналами 34, образующими известный двигатель типа Сегнерова колеса, предназначенный для использования реакции вытекающей струи из загнутых под углом 90o патрубков, сквозными проемами 35, предназначенными для входа в них скользящего упора 21, фигурным фланцем 36, жестко прикрепленным сверху к корпусу маховика 26 крепежными винтами 37, предназначенными для прикрытия режущего инструмента 32 и образования пазов 38, внутри которых шарнирно размещены края режущего инструмента 32.Now we describe the proposed tool with which these hubs are induced. Figure 4 shows a vertical section of a device for pointing in horizontal planes on the well walls of
На вертикальном разрезе Б-Б маховика 26 (фиг.5) показан вариант маховика с подпружиненными (шарнирными) патрубками 39 (фиг.6). Патрубки 39 с выхлопными каналами 34 имеют два варианта исполнения: или жестко связаны с корпусом маховика 26 или шарнирно. В первом случае - патрубки 39 запрессованы в корпус маховика 26 или приварены к нему, во втором случае - они подпружинены с возможностью шарнирного поступательного перемещения внутри радиальных каналов в корпусе маховика 26, что позволяет при равных условиях повысить вращательный момент маховика и его мощность. On a vertical section BB of the flywheel 26 (figure 5) shows a variant of the flywheel with spring-loaded (hinged) nozzles 39 (Fig.6).
На фиг.7 показан вид сверху режущего инструмента 32, содержащего режущую кромку 40 с вершиной двугранного угла 41. На фиг.8 показан вид сбоку режущего инструмента 32. Figure 7 shows a top view of the
На фиг.9 показан вариант устройства для наведения концентраторов напряжений на стенках необсаженной скважины в горизонтальной плоскости, в котором поршень 16 и нажимная втулка 17 содержат сообщающиеся между собой каналы 42, 43 и сходящийся канал 44. Канал 44 образован коническими нижней и верхней торцовыми поверхностями соответственно нажимной втулки 17 и скользящего подпружиненного упора 21. Аналогично выполнен сходящийся канал 45 между двумя поверхностями колец 46 и 47, надетых на нижний выступ корпуса 11, сообщающийся с каналами 48 и 13. Сходящиеся каналы 44 и 45 предназначены для замены механических связей со скользящего подпружиненного упора 21 и маховика 26 гидравлическими. Figure 9 shows a variant of the device for pointing stress concentrators on the walls of an open hole in a horizontal plane, in which the
На фиг.10 показан разрез В-В на фиг.9, из которого следует, что нажимная втулка 17 с помощью продольных пазов 19 в корпусе 11 и подпружиненных выступов 18 шарнирно связана со скользящим подпружиненным упором 21 так же, как и в описанном выше варианте (фиг.4). Figure 10 shows a section bb in figure 9, from which it follows that the
Работа устройств (фиг. 4-10), предназначенных для наведения концентраторов напряжений на стенках скважины в плоскостях, перпендикулярных оси скважины, и служащих инструментом его осуществления, состоит в следующем. Корпус 11 устройства (фиг.4-10) навинчивают с помощью резьбы 12 на насосно-компрессорные трубы (НКТ) и спускают его на заранее определенную глубину. Фиксацию спускаемых в скважину НКТ на заданной глубине производят одним из известных применяемых на практике способов, который здесь не приводится. Затем по НКТ подают рабочий агент (например, воду, аэрированную воду), который из полости 13 направляется одновременно по каналам 14 и 15 соответственно на поршень 16, кольцевой канал 30 и далее в каналы 34 патрубков 39, приводя маховик 26 во вращательное движение за счет действия реакции вытекающих струй. Рабочий агент производит давление на поршень 16, вызывая его смещение вниз. Связанная с поршнем 16 нажимная втулка 17 начинает также перемещаться вниз поступательно за счет поступательного перемещения подпружиненных выступов 18 в продольных пазах 19 корпуса 11, производя давление через подшипник качения 20 на скользящий подпружиненный упор 21, подпираемый снизу пружиной 23, подшипником качения 22, гайками 24 и 25. The operation of devices (Fig. 4-10), designed to guide stress concentrators on the walls of the well in planes perpendicular to the axis of the well, and serving as a tool for its implementation, is as follows. The device body 11 (Figs. 4-10) is screwed onto the tubing (12) using a
Давление рабочего агента, подаваемого на поршень 16, преодолевает сопротивление пружины 23 и смещает скользящий подпружиненный упор 21 вниз, который конической поверхностью своих пальцев при смещении вниз передает смещение в перпендикулярном направлении режущему вращающемуся инструменту 32. Скользящий подпружиненный упор 21 совершает движение вниз за счет действия поршня 16 и одновременно с этим совершает вращательное движение за счет взаимодействия с режущим инструментом 32, вращающимся вместе с маховиком 26. Пальцы скользящего подпружиненного упора 21 при своем движении вниз заходят в сквозные проемы 35 маховика 26, сдвигая своей конической поверхностью режущий инструмент 32 в перпендикулярном направлении на заданную величину, так как между давлением рабочего агента на поршень 16, сопротивлением пружины 23 и упругого элемента 33 существует однозначная зависимость. The pressure of the working agent supplied to the
Таким образом, с помощью известного давления рабочего агента, подаваемого в НКТ с поверхности земли, знают величину выхода режущего инструмента, а по диаметру необсаженной скважины определяют затем глубину концентраторов напряжений (остроугольных канавок) на ее стенках в плоскостях, перпендикулярных оси скважины. Уплотнение маховика 26 на корпусе 11 производят с помощью кольцевых канавок 31, а шарнирное вращательное движение маховика 26 обеспечивают за счет подшипников качения 20, 22 и 27. Подшипник качения 27 фиксируют на корпусе 11 с помощью гаек 28 и 29. Режущий инструмент 32 (фиг. 4, 9) в виде лопастей с режущей кромкой 40, 41 (фиг.7, 8) располагают в радиальном направлении против сквозных проемов 35 в маховике 26 в пазах 38, служащих направляющими для перемещения режущего инструмента, а сверху прикрытого фигурным фланцем 36, жестко скрепленным с корпусом маховика 26 с помощью винтов 37 (фиг.4, 5, 9). Thus, using the known pressure of the working agent supplied to the tubing from the surface of the earth, the output of the cutting tool is known, and then the depth of the stress concentrators (acute-angled grooves) on its walls in planes perpendicular to the axis of the well is determined by the diameter of the open hole. Sealing the
Вращательный момент маховика 26 зависит от величины давления рабочего агента, подаваемого в выхлопные каналы 34, а также и от радиуса приложенных сил реакции вытекающих струй. На фиг.6 приведен разрез Б-Б на фиг.5, из которого видно, что если патрубки 39 Г-образной формы приварить к корпусу маховика 26, то будем иметь постоянный радиус приложения реакций вытекающих струй рабочего агента, а если их изготовить в виде подпружиненных, то будут иметь при выдвижении патрубков увеличенный радиус приложения реакций струй и следовательно за счет этого повышают вращательный момент маховика 26 и его мощность, передаваемую режущему инструменту 32. The rotational moment of the
На фиг.9 показан вариант устройства, содержащего режущий инструмент 32, исключающий механические связи в виде подшипников качения 20, 22 и 27 и заменяющий их на гидравлические связи типа гидравлической смазки. Этого достигают за счет введения сообщающихся между собой тонких каналов 42, 43, 48 соответственно в корпусах поршня 16, нажимной втулки 17, в корпусе 11 и выполнения сходящихся каналов 44, 45 соответственно на стыке нажимной втулки 17 и скользящего подпружиненного упора 21 и колец 46 и 47. Известно, что расход рабочего агента по тонким каналам 42, 43, 48 не превосходит определенной заданной величины при заданной величине его давления. Остальной расход рабочего агента, подаваемого в канал 13 по НКТ, будет потребляться на приведение во вращательное движение маховика 26. Сходящиеся каналы 44 и 45 на выходе из них имеют площадь равную нулю и фактически являются тоже концентраторами напряжений. Поэтому при определенном давлении рабочего агента, подаваемого в каналы 13, 14, 42, 43, 44, 45, 48, на выходе из каналов 44, 45 будет создаваться бесконечное давление, которое размыкает их берега и сбрасывает это давление в окружающую среду. Вытекающая жидкость служит гидродинамической смазкой. Существует определенное давление рабочего агента, которое не даст сомкнуться берегам каналов 44, 45 до исходного состояния под возвратным действием пружины 23 и в этих создавшихся равновесных условиях гидродинамической смазки резко уменьшаются трение, шумы, вибрация, и маховик 26 вместе со скользящим подпружиненным упором 21 вращается в плавающем режиме. Figure 9 shows a variant of the device containing the cutting
Тарирование давления рабочего агента на максимальное сжатие пружины 23 и максимальный выход режущего инструмента 32 из пазов 38 производят предварительно, после чего процесс нарезания концентраторов напряжений на стенках скважины становится управляемым с поверхности Земли. По прошествии некоторого времени концентраторы напряжений на стенках скважины выполнены, давление в НКТ плавно сбрасывают до нуля, пружина 23 возвращает скользящий подпружиненный упор 21 и поршень 16 в исходное состояние, при этом пальцы скользящего подпружиненного упора 21 выйдут вверх из сквозных проемов 35 в корпусе маховика 26, упругий элемент 33 приведет режущий инструмент в исходное состояние, после чего НКТ поднимают или опускают вместе с устройством (фиг. 4-10) на следующий глубинный уровень в скважине и цикл операций повторяют. The pressure of the working agent pressure for maximum compression of the
На фиг.10 показан поперечный разрез В-В на фиг.9, из которого видно, что нажимная втулка 17 содержит каналы 43 и подпружиненные выступы 18, размещенные своими концами в продольных пазах 19 корпуса 11, предназначенные для обеспечения поступательного перемещения нажимной втулки 17 вдоль оси корпуса 11 и подачи гидродинамической смазки в область шарнирного стыка нажимной втулки 17 и скользящего подпружиненного упора 21. Figure 10 shows a cross-section bb in figure 9, from which it is seen that the
На фиг.11 представлен продольный разрез устройства, предназначенного для создания концентраторов напряжений на стенках необсаженной скважины вдоль ее образующих. Figure 11 presents a longitudinal section of a device designed to create stress concentrators on the walls of an open hole along its generators.
Оно содержит корпус 49 с конической резьбой 50, предназначенной для подсоединения к НКТ, пробку 51, уплотняемую гайкой 52, патрубки 53, пропущенные через пробку 51 и уплотняемые в ней с помощью уплотнительных колец 54 и штуцеров 55, отводы 56, герметично подсоединенные к свободным концам патрубков 53, оснащенные радиальными каналами 57 и 58 и продольными каналами 59, заглушенными с одной стороны пробками 60, муфты 61 с кольцевым пазом 62 и радиальным каналом 63, шарнирно надетые на отводы 56 и уплотненные с помощью уплотнителей 64, опорных подшипников 65 и гаек 66, изогнутые трубопроводы 67, одними концами герметично подсоединенные к муфтам 61 напротив радиального канала 63, а другими концами к полому валу 68, оснащенному радиальными каналами 69, имеющими связь с выхлопными каналами 70 гидропривода 71, жестко связанного с режущим инструментом 72. Гидропривод 71 шарнирно закреплен на полом валу 68 с помощью опорных подшипников 73 и гаек 74. It contains a
Изогнутые трубопроводы 67 снабжены приваренными к ним кронштейнами 75 с проушинами для крепления и стягивания фиксаторов 76 трубопроводов двусторонним болтом 77 с правой и левой резьбой. Эти же трубопроводы 67 оснащены отклоняющими устройствами 78, изображенными в продольном разрезе на фиг.12.
Отклоняющее устройство 78 (фиг. 12) включает отвод 79, присоединенный одним концом к патрубку 80, приваренному к изогнутому трубопроводу 67, а другим - к втулке 81 отклоняющего устройства с радиальным каналом 82 и выхлопным патрубком 83, приваренным к стенке втулки 81 напротив радиального канала 82. Внутри втулки 81 размещен подпружиненный с уплотнениями клапан 84 и упорный патрубок 85 с каналами 86. Упорный патрубок 85 предназначен для опоры верхнего края пружины 87. The deflecting device 78 (Fig. 12) includes a
Устройство (фиг.11, 12) работает следующим образом. После подсоединения устройства к НКТ с помощью конической резьбы 50 его спускают в заданный интервал скважины и отмечают с помощью угломера исходное положение режущего инструмента. Затем подают в НКТ начальное давление "p1" рабочего агента (например, воды), который поступает по осевому каналу корпуса 49, затем в каналы патрубков 53, размещенных и уплотненных в пробке 51 с помощью уплотнительных колец 54, штуцеров 55. Сама пробка 51 уплотняет зазор между собой и корпусом 49 с помощью гайки 52. Из каналов патрубков 53 рабочий агент поступает в каналы 57, 58, 59 отводов 56, из которых следует по радиальным каналам 58 в кольцевой паз 62 муфты 61 и радиальный канал 63, из которых он попадает в изогнутые трубопроводы 67, а из них в выхлопные каналы гидропривода 71, жестко связанного с режущим инструментом 72. С помощью реакции вытекающих струй рабочего агента гидропривод вместе с режущим инструментом приводят во вращательное движение. Теперь нужно отклонить режущий инструмент, чтобы он пришел в соприкосновение со стенкой необсаженной скважины. Для этого по НКТ подают рабочий агент с давлением р2>р1, при котором подпружиненный клапан 84 отклоняющих устройств 78 поднимается вверх, освобождая запертый до этого канал 82, из которого рабочий агент попадает в выхлопной патрубок 83, реакция струи которого отклоняет систему, состоящую из изогнутых трубопроводов 67, полого вала 68, гидропривода 71 и режущего инструмента 72, до соприкосновения со стенкой скважины. Поднимая и опуская многократно НКТ вместе с работающим режущим инструментом в пределах заданного интервала, создают первый вдоль образующей скважины концентратор напряжений с остроугольным профилем. Затем давление в НКТ снижают до давления р1, при котором сжатая пружина
87 возвращает подпружиненный с уплотнениями клапан 84 в исходное нижнее положение, запирая радиальный канал 82.The device (11, 12) works as follows. After connecting the device to the tubing using a tapered
87 returns the
С помощью угломера на поверхности земли НКТ вместе с устройством (фиг. 11, 12) поворачивают на требуемый угол (например, 45o или 90o) и операции повторяют по нарезанию продольных концентраторов напряжений. Количество "n" продольных концентраторов напряжений на стенках скважины определяют исходя из заданного угла φ между двумя соседними концентраторами
n = 360°/φ
После нарезания продольных концентраторов напряжений на стенках скважины режущий инструмент извлекают.Using a protractor on the ground, the tubing together with the device (Fig. 11, 12) is rotated to the desired angle (for example, 45 o or 90 o ) and the operations are repeated by cutting longitudinal stress concentrators. The number "n" of longitudinal stress concentrators on the walls of the well is determined based on a given angle φ between two adjacent concentrators
n = 360 ° / φ
After cutting the longitudinal stress concentrators on the walls of the well, the cutting tool is removed.
По предлагаемому способу после нарезания двух горизонтальных концентраторов напряжений на стенках скважины, ограничивающих пласт 1 сверху и снизу, необходимо приступить в них к производству гидроразрыва в двух горизонтальных плоскостях. Для этого спускают в скважину в составе буровой колонны 88 набор устройств, позволяющих произвести гидроизоляцию горизонтального окружного концентратора 7 напряжений и подачу в его область повышенного давления жидкости, способного вызвать гидроразрыв 8 пород в горизонтальной плоскости (фиг. 2, 13), включающий золотниковое устройство 89, предназначенное для управления работой верхнего 90 и нижнего 91 пакеров, втулку 92, подпружиненный клапан 93, предназначенный для обеспечения связи канала 94 с силовым гидроцилиндром 95, насос-мультипликатор 96. According to the proposed method, after cutting two horizontal stress concentrators on the borehole walls, restricting the
На фиг.14 показан продольный разрез спускаемого в скважину устройства в составе буровой колонны 88, бурового инструмента 97, золотникового устройства 89, верхнего 90 и нижнего 91 пакеров, размещенных соответственно на корпусах 98, 99, втулки 92, подпружиненного клапана 93. В корпусах 98, 99 выполнены соответственно продольные каналы 100 и 101; 102, 103, 104; радиальные 105, 106, 107; 108, 109, 110, 111, 112. Продольные каналы 100 и 102 сообщены между собой и с радиальными каналами 105, 111; продольные каналы 101, 103 сообщены между собой и с радиальными каналами 107, 109; продольный канал 104 сообщен с радиальным каналом 108 и с золотниковым устройством 89. Роль радиальных каналов 110 и 112 будет объяснена при описании золотникового устройства 89 во взаимодействии с другими уже указанными каналами. On Fig shows a longitudinal section of the downhole device in the composition of the
На фиг. 15 показан продольный разрез спускаемого устройства в составе буровой колонны 88 (фиг. 14) с добавлением спущенного на НКТ 115 силового гидроцилиндра 95 и насоса-мультипликатора 96, у которых продольный канал 116 сообщен с радиальными каналами 117, 114 и 108 и продольным каналом 104, связанным с золотниковым устройством 89. А продольный канал 118 сообщен с помощью радиального канала 119 с радиальными каналами 113 и 106. In FIG. 15 shows a longitudinal section through a descent device comprising a drill string 88 (FIG. 14) with the addition of a power
На фиг. 16 представлен продольный разрез нижней части спускаемого устройства в составе корпуса 99, нижнего пакера 91, нижней части подпружиненного клапана 93, втулки 92 с продольными каналами 120, прижатой к внутреннему выступу корпуса 99 с помощью фланца 121 и гаек 122, 123. Фланец 121 оснащен сквозными продольными каналами 124, продольными каналами для размещения в них подвижных игольчатых клапанов 125 и осевым каналом, внутри которого шарнирно размещен хвостовик подпружиненного клапана 93. На конце последнего жестко установлен фланец 126 с жестко установленными в нем игольчатыми клапанами 125. Выше фланца 121 жестко установлен фланец 127 с уплотнениями, продольными каналами 128, предназначенными для их перекрывания игольчатыми клапанами 125, когда подпружиненный клапан 93 занимает крайнее верхнее положение, кольцевым углублением 129, предназначенным для размещения пружины 130, продольным осевым каналом, в котором размещен и уплотнен хвостовик втулки 92. Наружная поверхность фланца 127 оснащена выступами, предназначенными выполнять роль шпонок и предотвращать его перемещение в окружном направлении. Снизу фланец 127 жестко прижат к выступу корпуса 99 двумя гайками 131. Выше фланца 127 внутри корпуса 99 с возможностью скольжения по поверхности хвостовика втулки 92 установлен подпружиненный золотник 89 с уплотнениями на внутренней и наружной поверхностях. In FIG. 16 shows a longitudinal section of the lower part of the descent device as part of the
При положении золотника 89 в крайнем нижнем положении, когда его нижний торец и верхний край фланца 127 совмещены, канал 110 оказывается размещенным между уплотнениями 132 и 133, каналы 111 и 112 соответственно между уплотнениями 134 и 135, 135 и 136, а канал 109 - выше верхнего края золотника. With the position of the
В крайнем верхнем положении золотника (фиг.16) каналы 111 и 112 сообщены через полость 137, каналы 110 и 128 - через полость 138, а каналы 103, 109 отключены от каналов 108, 104, 120. In the extreme upper position of the spool (Fig. 16),
На фиг.14 имеем крайнее верхнее положение золотника 89 и при этом положении каналы 105, 100, 102, 111, 112, 110, 128 сообщены между собой, что фактически означает сообщаемость надпакерного, внутрипакерного и подпакерного пространств. В положении, когда золотник 89 находится в крайнем нижнем положении (фиг.15), сообщаемость каналов 105, 100, 102, 111, 112, 110, 128 отсутствует, что фактически означает разобщенность надпакерного, внутрипакерного и подпакерного пространств. Такое положение золотника благоприятно для заполнения внутрипакерного пространства рабочим агентом по сообщающимся каналам 116, 117, 114, 108, 104, 120, 109, 103, 101, 107 до величины заданного давления, обеспечивающего изоляцию горизонтального окружного концентратора 7 напряжений между двумя пакерами 90 и 91. On Fig we have the highest position of the
Следует заметить, что спускаемое устройство гидроразрыва пласта (фиг.14, 15, 16) может не оснащаться буровым инструментом 97. It should be noted that the hydraulic fracturing device (Figs. 14, 15, 16) may not be equipped with a
Сам силовой гидроцилиндр 95 оснащен в нижней своей части жестко присоединенным к нему путевым переключателем давления 139 (фиг.17), предназначенным для запирания заданного давления рабочего агента в верхнем и нижнем пакерах 90 и 91 и открывания каналов 118, 119, 113, 106 для подачи давления рабочего агента в область горизонтального окружного концентратора 7 напряжений. The power
Путевой переключатель давления 139 (фиг.17) жестко присоединен к силовому гидроцилиндру 95 с помощью конической резьбы. В стенке корпуса путевого переключателя давления 139 выполнены сообщающиеся между собой радиальные каналы 140, 141 и продольный канал 142, а также сообщающиеся радиальный канал 143 и продольный канал 144, сообщающиеся радиальные каналы 145, 146 и продольный канал 147. Внутри корпуса путевого переключателя 139 давления размещена втулка 148 с буртом, в стенке которой выполнены радиальные каналы 149, 150, 149', сообщающиеся соответственно с радиальными каналами 140, 143 и 145. Втулка 148 с буртом жестко фиксируется внутри корпуса путевого переключателя 139 давления с помощью гайки 151. Внутри втулки 148 выполнена перемычка 152 с осевым каналом. На верхний край перемычки 152 опирается пружина 153. На нижний край перемычки 152 опирается пружина 154. Снизу под перемычкой 152 выполнен цилиндр с размещенным в нем ступенчатым поршнем-открепителем 155, пропущенным через осевой канал перемычки 152 и подпружиненным пружиной 154, закрытый герметично крышкой 156, жестко поджатой гайкой 157. The directional pressure switch 139 (Fig.17) is rigidly attached to the power
В ступенчатом поршне-открепителе 155 выполнена кольцевая проточка, заключенная между двумя кольцевыми уплотнениями, имеющая гидравлическую связь с продольным каналом 142 с помощью радиальных каналов 150' и 140', выполненных соответственно в боковых стенках втулки 148 и путевого переключателя 139, не пересекающих продольный канал 144. При создании давления в пакерах 90, 91 рабочий агент поступает в их внутрипакерное пространство по каналу 142. При этом кольцевая проточка в ступенчатом поршне-открепителе 155, связанная с каналом 142, играет роль глухого отвода во время процесса пакеровки. An annular groove is made in the stepped piston-
В крышке 156 выполнены осевой глухой канал 158, сообщающийся с радиальными каналами 159, 150, 143. Сверху над перемычкой 152 выполнен второй цилиндр, внутри которого размещен ступенчатый поршень 160 с осевым каналом, оснащенный в его нижней части упругими фиксаторами 161, закрытый герметично крышкой 162, оснащенной ступенчатым выступом 163 с цилиндрическими поверхностями и поверхностью, увеличивающей книзу площадь своего поперечного сечения, и радиальными каналами 164, 165, сообщающимися с осевым каналом 166. Радиальный канал 165 ступенчатого выступа 163 в исходном состоянии ступенчатого поршня 160 сообщен с его радиальным каналом 167 и радиальными каналами 149 и 140. Ступенчатый поршень 160 надет на ступенчатый выступ 163 и подпружинен пружиной 153. Радиальный канал 141, продольный канал 142 сообщены с каналом 116 и далее с внутрипакерным пространством (фиг.15, 17). Продольный канал 147 и радиальный канал 146 сообщены с каналом 118, имеющим связь с радиальными каналами 119, 113, 106, предназначенными для обеспечения выхлопа рабочего агента в область горизонтального окружного концентратора напряжений 7 на стенках скважины (фиг.15, 17). An axial
На фиг. 18 показан продольный разрез силового гидроцилиндра 95 и насоса-мильтипликатора 96, жестко соединенных соответственно снизу вверх между собой. Силовой гидроцилиндр 95 содержит внутри своего корпуса ступенчатый поршень 168 с кольцевой выточкой 169 заданной длины, обеспечивающей максимальное смещение ступенчатого поршня снизу вверх при подаче на его нижний край давления рабочего агента из насоса-мультипликатора 96 по трубопроводу (каналу) 170 через обратный клапан 171, пружину сжатия 172, рассчитанную на максимальное давление, обеспечивающее надежную пакеровку и гидроразрыв пласта в зоне горизонтального окружного концентратора напряжений 7, корпус 173 клапана, предназначенного для сброса накопленного максимального давления в силовом гидроцилиндре 95, с выполненными в нем осевыми каналами 174, 175, продольным каналом 176, с выполненными на наружной и внутренней поверхностях кольцевыми выточками 177, 178, клапан 179 с выполненными в нем радиальным каналом 180, продольным каналом 181, наклонным каналом 182, пружину сжатия 183, обратный клапан 184, подводящий трубопровод (канал) 185, сообщающийся через кольцевую выточку 169 с трубопроводами (каналами) 186, 187, 188, открытыми для давления рабочего агента, подаваемого в насосно-компрессорные трубы (НКТ), уплотнительные кольца 189, 190, предназначенные для изоляции входа трубопровода (канала) 186 в пределах заданного перемещения поршня 168 снизу вверх. In FIG. 18 shows a longitudinal section through a power
Насос-мультипликатор 96 расположен выше силового гидроцилиндра 95, жестко скрепляется с ним и содержит цилиндр 191 высокого давления, ступенчатый поршень 192 и гидроударное устройство 193, расположенное выше насоса-мультипликатора и предназначенное для проведения гидроударов на верхний край шарнирно связанного с ним ступенчатого поршня 192 (см. авт. св. СССР 1716108 А1, М. кл. Е 21 В 43/25 "Устройство для проведения гидроударов на призабойную зону пласта "импульс"", 14.06.89 г., БИ 8, 29.02.92 г.), возвратную пружину 194 ступенчатого поршня 192, цилиндр 191 насоса-мультипликатора 96 оснащен входным трубопроводом (каналом) 195 с обратным клапаном 196, выходным трубопроводом (каналом) 197 с обратным клапаном 171. Гидроударное устройство 193 или его разновидность могут располагаться в составе оборудования на поверхности земли (см., например, авт. св. СССР 1701896 А1, М. кл. Е 21 В 43/28, 43/25 "Способ повышения проницаемости горных пород на месте залегания и устройство для его осуществления", 01.02.89 г., БИ 48, 30.12.91 г.). The
Следует заметить, что назначение устройства по авт. св. СССР 1716108 А1 было иным, чем по предлагаемому. В нашем случае гидроудары используются в качестве гидропривода насоса-мультипликатора. То же самое можно сказать и по поводу авт. св. СССР 1701896 А1, которое предназначено для использования на небольших глубинах залегания скальных рудных пород, гидроудары которого используются в нашем случае в качестве гидропривода насоса-мультипликатора и их усиления по величине создаваемого давления. It should be noted that the purpose of the device according to ed. St. USSR 1716108 A1 was different than the proposed one. In our case, hydraulic shocks are used as a hydraulic drive of the multiplier pump. The same can be said about the author. St. USSR 1701896 A1, which is intended for use at shallow depths of rocky ore, hydroblows of which are used in our case as a hydraulic drive of the multiplier pump and their amplification in accordance with the magnitude of the generated pressure.
Стенки составных корпусов гидроударного устройства 193, насоса-мультипликатора 96 и силового гидроцилиндра 95 оснащены трубопроводом (каналом) 144, предназначенным для подачи давления на нижний край поршня-открепителя 155 (фиг.17, 18). The walls of the composite housings of the
Верхний край гидроударного устройства 193 жестко соединен с нижним краем переводника 198, верхний край которого жестко соединен с НКТ. The upper edge of the
В составе переводника 198 (фиг.19), предназначенного для жесткого соединения гидроударного устройства 193 и НКТ 115, расположена подпружиненная втулка 199 с осевым каналом 200 и конической поверхностью 201, обращенной своим телесным углом вверх, с пружиной 202, уплотнительными кольцами 203, между которыми расположен вход в канал (трубопровод) 144. Эта подпружиненная втулка 199 предназначена в случае необходимости для запуска рабочего агента с определенным заданным давлением в канал (трубопровод) 144 при перекрытии ее осевого канала 200 с помощью сбрасываемого вниз с поверхности земли по НКТ гладкого шара, который в конце своего падения располагается на конической поверхности 201. Шар на фиг.19 не приведен, так как этот прием хорошо известен. As part of the sub 198 (FIG. 19), designed for rigidly connecting the
На фиг.20 представлена схема пакеровки в момент после проведенного гидроразрыва пласта в зонах горизонтальных окружных концентраторов 7 напряжений и выполнения вертикальных прямолинейных концентраторов 9 напряжений на стенках скважины. Расположение пакеров точно такое же, как показано на фиг.15, только здесь вместо двух размещено попарно четыре пакера. Внутри корпуса самого нижнего пакера размещено золотниковое устройство 89 (фиг.15, 16), а заполнение внутрипакерного пространства каждого вышерасположенного пакера рабочим агентом начинают по каналам, ответвляющимся от каналов нижнего пакера, как это показано на фиг.15. В результате пакеровки каждая горизонтальная трещина 8 в пласте оказывается изолированной между двумя пакерами, верхняя трещина - внутри верхней пары пакеров 90' и 91', а нижняя трещина - внутри нижней пары пакеров 90 и 91. On Fig presents a diagram of the packing at the time after hydraulic fracturing in the zones of horizontal
После пакеровки и изолирования горизонтальных трещин между пакерами остается подать повышенное давление в зону между средними пакерами, в которой на стенках скважины выполнены вертикальные прямолинейные концентраторы 9 напряжений. В условиях повышенного давления, подаваемого по каналу 94, расположенному между средними пакерами, точно так же, как это показано на фиг. 15, произойдет гидроразрыв вертикальных трещин по направлениям, определяемым вертикальными плоскостями. Распространение трещин в вертикальных плоскостях будет ограничено берегами горизонтальных трещин. Поскольку вертикальная составляющая горного давления почти всегда гораздо выше тангенциальной (окружной) составляющей, то смыкания вертикальных трещин не произойдет. В результате такого гидроразрыва резко увеличивается площадь фильтрации пластовых флюидов, повышающая их отбор. After packing and isolating horizontal cracks between the packers, it remains to apply increased pressure to the area between the middle packers, in which vertical
Теперь после гидроразрыва, подавая повышенное давление рабочего агента, можно добиваться постепенного разуплотнения пород и расширения его зоны, так называемого дилатантного разрыхления объема породы, сопровождающегося увеличением проницаемости. Now, after hydraulic fracturing, applying increased pressure of the working agent, it is possible to achieve gradual decompression of the rocks and expansion of its zone, the so-called dilatant loosening of the rock volume, accompanied by an increase in permeability.
Когда поставленная цель достигнута, необходимо извлечь из скважины спускаемое оборудование. Для этого внутри НКТ бросают гладкий шар, перекрывающий в конце своего падения осевой канал 200 подпружиненной втулки 199, размещенной внутри переводника 198. Подавая некоторое давление рабочего агента по НКТ, под действием которого втулка 199 с гладким шаром опускается вниз до упора, канал 144 становится открытым для поступления в него рабочего агента из НКТ, и далее по радиальным каналам 143, 150, по осевому каналу 158 на нижний край ступенчатого поршня-открепителя 155, под действием которого он начнет двигаться вверх, открепляя своим верхним краем упругие фиксаторы 161 от замкового соединения со ступенчатым выступом 163 крышки 162, в результате чего ступенчатый поршень 160 под действием пружины 153 начнет двигаться вверх, соединяя каналы 166, 165, 167, 149, 140, 142, 141, 116 и разъединяя каналы 166, 164, 149', 145, 147, 146, 118. При движении ступенчатого поршня-открепителя 155 вверх откроются каналы 150', 140', 142 для гидравлической связи с каналом 158, в результате чего давление рабочего агента во внутрипакерном пространстве начнет падать, поступая в каналы 158, 159, 150, 143, 144 и далее в НКТ, т.к. в НКТ давление гораздо ниже, чем давление во внутрипакерных пространствах. Наступит момент, когда давление на золотниковое устройство 189 станет ниже силы сжатия его пружины 130, в результате чего оно займет свое верхнее крайнее положение, соединяя полостью 137 внутрипакерные пространства с подпакерным и надпакерным пространствами с помощью каналов 112, 111, 102, 128, и упругие элементы пакеров займут свое начальное исходное положение. Затем, поднимая вверх НКТ 115 и присоединенные к ним насос-мультипликатор 96 с силовым гидроцилиндром 95 на поверхность земли, освобождают внутритрубное пространство буровой колонны (88, 98, 99, 97), после чего извлекают из скважины и саму буровую колонну, в составе которой расположены пакеры 90, 91. When the goal is achieved, it is necessary to remove the descent equipment from the well. For this, a smooth ball is thrown inside the tubing, blocking at the end of its fall the
Описанные операции повторяют в следующей скважине, в которой необходимо на заданной глубине произвести гидроразрыв и дилатантное разрыхление пород в зоне гидроразрыва. The described operations are repeated in the next well, in which it is necessary to carry out hydraulic fracturing and dilatant loosening of rocks at a given depth in the hydraulic fracturing zone.
Схема производства гидроразрыва пласта и повышения его проницаемости допускает и другие варианты (фиг.21), например, вместо силового гидроцилиндра 95 предлагаем использовать пороховой заряд, при подрыве которого образуется определенный объем пороховых газов с расчетным давлением, достаточным совершить работу гидроразрыва пласта с помощью подпружиненного полого поршня 204, пакерного устройства 205, камеры повышенного давления 206, клапана 207 всаса рабочего агента (например, воды), клапана 208 выхлопа рабочего агента высокого давления, обсадной колонны 209 с перфорационными отверстиями 210, пружины 211, уплотнений 212, выпускного канала 213. The scheme for producing hydraulic fracturing and increasing its permeability allows for other options (Fig. 21), for example, instead of a power
Всас рабочего агента в камеру 206 повышенного давления осуществляют по каналу (трубопроводу) 214. Рабочий цилиндр, предназначенный для движения подпружиненного полого поршня 204, содержит корпус 215, жестко соединенный с корпусом 216 камеры 206 повышенного давления в составе буровой колонны 217 (фиг. 22). Пороховой заряд 218 размещают в полости камеры 219 высокого давления внутри корпуса 220 рабочего цилиндра 215 над подпружиненным поршнем 204 (фиг. 22). Корпус 220 жестко соединен с корпусом 215 в составе буровой колонны 217, оснащен кольцевой проточкой 221 и каналом 222, гидравлически связанным с каналом 214. Патрон 223 порохового заряда 218 жестко закреплен своим верхним краем к нижнему краю корпуса 224, жестко закрепленного в корпусе 220 и уплотненного кольцевыми уплотнениями 225. Корпус 224 находится в составе НКТ, жестко скрепляясь с ними. В верхней части патрона 223 размещен капсюль 226, а в нижней части корпуса 224 размещен подпружиненный боек 227 с укрепленной на его верхней части конусной головкой 228, предназначенной для захвата 229, спускаемого с поверхности земли внутри НКТ с помощью троса 230. Корпуса 220 и 224 оснащены радиальными каналами, соответственно 231 и 232, имеющими пневматическую связь с выпускным каналом 213. The suction of the working agent into the
На фиг. 23 приведена схема компоновки пакерного устройства для варианта применения порохового заряда 218 вместо силового гидроцилиндра 95. На фиг.21 пакер (герметизирующий элемент) 205 показан условно без расшифровки запуска его в работу, а на фиг.23 приведено его конкретное исполнение, в котором корпус 216 камеры 206 высокого давления несет на своей внешней поверхности втулку 233, шарнирно связанную с корпусом 216 и со ступенчатой втулкой 234, шарнирно связанной со стаканом 235. Дно стакана 235 выполняет роль отражателя. Геометрия дна может быть конической. Степень свободы продольного перемещения шарнирного соединения обеспечивают за счет выполнения Т-образных пазов 236 в стенках соответственно корпуса 216, втулки 234, стакана 235 и закрепления болтов 237, головки которых при сжатии в продольном направлении герметизирующих элементов (пакеров) 205 шарнирно перемещаются внутри Т-образных пазов 236. Стакан 235 оснащен радиальными каналами 238, предназаначенными для гидравлической связи с перфорационными отверстиями 210 в обсадной колонне 209, цементном тампонажном кольце 5, испытуемом пласте 1. In FIG. 23 shows a layout diagram of a packer device for an application of a
Для сжатия герметизирующих элементов (пакеров) 205 в продольном направлении необходим контакт нижнего края стакана 235 и дна 239 скважины. При этом нужно предусмотреть отток бурового раствора, находящегося в замкнутом объеме 240, ограниченном поверхностями корпуса 216, ступенчатой втулки 234, стакана 235, обсадной колонны 209, перфорационных отверстий в цементном тампонажном кольце 5 и испытуемом пласте 1. С этой целью в стенку корпуса 216 со стороны его нижнего края вмонтирован подпружиненный золотник 241, полость которого гидравлически связана с замкнутым объемом 240 подпакерного пространства с помощью радиального канала 242 в стенке корпуса 216 и с затрубным надпакерным пространством буровой колонны, в составе которой он находится, с помощью канала 243, на фиг.23 показанного пунктирной линией. По мере продольной деформации герметизирующих элементов (пакеров) 205 за счет осевого перемещения буровой колонны под необходимым расчетным усилием с поверхности земли жестко присоединенный к ней корпус 216 опустится вниз, приводя в контакт выступ золотника 241 с дном стакана 235, после которого золотник 241 переместится вверх, перекрывая радиальный канал 242. Пакеры 205, деформируясь в радиальном направлении под действием усилия в продольном, перекрывают зазоры для утечек давления. Теперь наступает момент, когда нужно включить в работу пороховой заряд 218. Для этого внутри НКТ спускают захват 229 на тросе 230, который захватывает коническую головку 228, жестко скрепленную с подпружиненным бойком 227. Поднимают трос 230 на некоторую высоту, оттягивая боек 227 вверх, и отпускают его. Боек 227 под действием пружины с силой ударяет своим острым концом в капсюль 226, в результате пороховой заряд 218 воспламеняется (взрывается), образуя объем газов заданного давления, под действием которого подпружиненный поршень 204 движется вниз, вытесняя рабочий агент из камеры высокого давления за ее пределы в полость 240 и далее в пласт 1 до производства гидроразрыва пласта. To compress the sealing elements (packers) 205 in the longitudinal direction, the contact of the lower edge of the
После снижения верхнего края подпружиненного поршня 204 ниже входа выхлопного канала 213 отработанные пороховые газы устремятся по нему и по радиальным каналам 231, 232 во внутреннее пространство НКТ и далее наверх на выхлоп на поверхность земли. После выхлопа отработанных газов подпружиненный поршень 204 двинется вверх, засасывая рабочий агент в камеру 206 через клапан 207 по каналу 214, кольцевой проточке 221, каналам 222 из пространства между НКТ и стенкой буровой колонны 217. Клапаны 208 при этом закрыты. Если одного порохового заряда 218 оказалось недостаточно, то с помощью НКТ с поверхности земли освобождают от крепления корпус 224 вместе с гильзой 223 и поднимают его наверх на поверхность земли. Здесь закрепляют пороховой заряд большей мощности к корпусу 224 и с помощью НКТ спускают его на глубину размещения, где соответствующим продольным перемещением и поворотом закрепляют к корпусу 220. Затем операции повторяют с этим зарядом, пока не будет произведен гидроразрыв. Гидроразрыв фиксируют по скорости движения подпружиненного поршня 204 на заключительной стадии его движения. Извлечение оборудования гидроразрыва пласта из скважины производят путем подъема сначала корпуса 224, а затем буровой колонны, в составе которой находится камера 206 высокого давления. Следует заметить, что после гидроразрыва пласта его испытание на приток осуществляют путем некоторого расслабления сжатия пакеров 205, при котором подпружиненный золотник 241 открывает радиальный канал 242 и поступающий из пласта флюид проходит в межтрубное пространство между НКТ и буровой колонной. After lowering the upper edge of the spring-loaded
Устройство с использованием порохового заряда 218 допускает и упрощенный вариант с исключением подпружиненного поршня 204 (фиг.21) и глушением канала 213 (фиг. 22), когда давление пороховых газов будет распределяться непосредственно на поверхность флюида в самой буровой колонне при пакеровке путем ее нагружения с поверхности земли (фиг.23). A device using a
По уровню флюида в буровой колонне до и после сгорания порохового заряда 218 судят об объеме появившихся трещин после гидроразрыва пласта. The level of fluid in the drill string before and after the combustion of the
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001127419/03A RU2211920C2 (en) | 2001-10-08 | 2001-10-08 | Method of hydraulic fracturing of formation and increase of rock permeability and equipment for method embodiment (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001127419/03A RU2211920C2 (en) | 2001-10-08 | 2001-10-08 | Method of hydraulic fracturing of formation and increase of rock permeability and equipment for method embodiment (versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2211920C2 true RU2211920C2 (en) | 2003-09-10 |
Family
ID=29776981
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001127419/03A RU2211920C2 (en) | 2001-10-08 | 2001-10-08 | Method of hydraulic fracturing of formation and increase of rock permeability and equipment for method embodiment (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2211920C2 (en) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103382834A (en) * | 2013-07-25 | 2013-11-06 | 中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司 | Separated-layer pressure measurement technology by adopting intelligent switches |
EA018876B1 (en) * | 2011-04-15 | 2013-11-29 | Открытое Акционерное Общество "Белгорхимпром" (Оао "Белгорхимпром") | Method to limit bottom water inflow to operating boreholes during floating oil reservoir development |
RU2524583C1 (en) * | 2013-03-25 | 2014-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Intensification of natural gas extraction from coal seams via wells |
WO2014209162A1 (en) * | 2013-06-28 | 2014-12-31 | Makhmutov Anvar Shavkatovich | Hydraulic power module |
US9683424B2 (en) | 2015-02-06 | 2017-06-20 | Comitt Well Solutions Us Holding Inc. | Apparatus for injecting a fluid into a geological formation |
WO2019242191A1 (en) * | 2018-06-22 | 2019-12-26 | 中国矿业大学 | Hydraulic cutting seam and multistage combustion shock wave combined coal-fracturing gas extraction method |
CN111379547A (en) * | 2018-12-27 | 2020-07-07 | 西安交通大学 | Energy-gathering rod pushing assembly, energy-gathering rod pusher and controllable shock wave generator |
CN111520120A (en) * | 2019-08-12 | 2020-08-11 | 中国海洋石油集团有限公司 | Naked eye deflagration fracturing experimental device and method |
CN114922598A (en) * | 2022-04-11 | 2022-08-19 | 中海石油(中国)有限公司 | Experimental device and method for loose sandstone sample preparation and fracturing simulation |
CN116658126A (en) * | 2023-07-26 | 2023-08-29 | 山东成林石油工程技术有限公司 | Ultra-high lift downhole hydraulic lifting pump set and use method thereof |
-
2001
- 2001-10-08 RU RU2001127419/03A patent/RU2211920C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA018876B1 (en) * | 2011-04-15 | 2013-11-29 | Открытое Акционерное Общество "Белгорхимпром" (Оао "Белгорхимпром") | Method to limit bottom water inflow to operating boreholes during floating oil reservoir development |
RU2524583C1 (en) * | 2013-03-25 | 2014-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | Intensification of natural gas extraction from coal seams via wells |
WO2014209162A1 (en) * | 2013-06-28 | 2014-12-31 | Makhmutov Anvar Shavkatovich | Hydraulic power module |
CN103382834A (en) * | 2013-07-25 | 2013-11-06 | 中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆井下技术作业公司 | Separated-layer pressure measurement technology by adopting intelligent switches |
US9683424B2 (en) | 2015-02-06 | 2017-06-20 | Comitt Well Solutions Us Holding Inc. | Apparatus for injecting a fluid into a geological formation |
US11131172B2 (en) | 2018-06-22 | 2021-09-28 | China University Of Mining And Technology | Method for extracting gas by fracturing coal seam through combination of hydraulic slotting and multi-stage combustion impact wave |
RU2735711C1 (en) * | 2018-06-22 | 2020-11-06 | Чайна Юниверсити Оф Майнинг Энд Текнолоджи | Method of extracting gas by loosening a coal bed by combining hydraulic cutting of grooves and combustion shock wave acting in several steps |
WO2019242191A1 (en) * | 2018-06-22 | 2019-12-26 | 中国矿业大学 | Hydraulic cutting seam and multistage combustion shock wave combined coal-fracturing gas extraction method |
CN111379547A (en) * | 2018-12-27 | 2020-07-07 | 西安交通大学 | Energy-gathering rod pushing assembly, energy-gathering rod pusher and controllable shock wave generator |
CN111379547B (en) * | 2018-12-27 | 2024-02-09 | 西安交通大学 | Energy collecting rod pushing assembly, energy collecting rod pushing device and controllable shock wave generator |
CN111520120A (en) * | 2019-08-12 | 2020-08-11 | 中国海洋石油集团有限公司 | Naked eye deflagration fracturing experimental device and method |
CN114922598A (en) * | 2022-04-11 | 2022-08-19 | 中海石油(中国)有限公司 | Experimental device and method for loose sandstone sample preparation and fracturing simulation |
CN114922598B (en) * | 2022-04-11 | 2023-11-21 | 中海石油(中国)有限公司 | Experimental device and method for loose sandstone sample preparation and fracturing simulation |
CN116658126A (en) * | 2023-07-26 | 2023-08-29 | 山东成林石油工程技术有限公司 | Ultra-high lift downhole hydraulic lifting pump set and use method thereof |
CN116658126B (en) * | 2023-07-26 | 2023-10-20 | 山东成林石油工程技术有限公司 | Ultra-high lift downhole hydraulic lifting pump set and use method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA3010806C (en) | Plug arrangement | |
RU2360100C2 (en) | Facility and methods for removing filter cake from uncased borehole of well | |
US20240110465A1 (en) | Cracking permeability increasing method combining hydraulic fracturing and methane in-situ combustion explosion | |
RU2704997C1 (en) | Method and device for control of coal bed upper part collapse area due to application of technology of pulsed hydraulic fracturing of a formation | |
US4718493A (en) | Well treating method and system for stimulating recovery of fluids | |
CN101539007B (en) | Abrasive jetting device and method for abrasive jetting flow and jetting perforation and multiple fracturing | |
US4407365A (en) | Method for preventing annular fluid flow | |
CN103764940A (en) | Cable compatible rig-less operable annuli engagable system for using and abandoning a subterranean well | |
EA013439B1 (en) | Method of establishing a fluid communication in a well between a formation and a tubular casing | |
US20210108475A1 (en) | Impact Resistant Material in Setting Tool | |
RU2393340C1 (en) | Method and system for pressure control in underground formations | |
CN104204397B (en) | The system and method for pressure break is carried out while drilling well | |
US8985209B2 (en) | High pressure jet perforation system | |
RU2211920C2 (en) | Method of hydraulic fracturing of formation and increase of rock permeability and equipment for method embodiment (versions) | |
CA2053425C (en) | Method and apparatus for gravel packing of wells | |
WO2021113758A1 (en) | Impact resistant material in setting tool | |
WO2015069759A2 (en) | Hydrajetting nozzle and method | |
CN108952665B (en) | Hydraulic slotting device of semi-submersible drilling platform or drilling ship | |
RU2503799C2 (en) | Method for shale gas production | |
US4394051A (en) | Method of hydrospalling | |
US11448025B2 (en) | Impact resistant material in setting tool | |
RU2084616C1 (en) | Shaped-charge implosive mechanism | |
RU2686936C1 (en) | Device for increasing oil recovery of well formations | |
RU2119581C1 (en) | Device for hydraulic-impact treatment of bed | |
CN117166975A (en) | Shale gas reservoir methane multistage pulse blasting fracturing device and fracturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041009 |