SU1827007A3 - Method for hydraulic fracturing of a rock block - Google Patents
Method for hydraulic fracturing of a rock block Download PDFInfo
- Publication number
- SU1827007A3 SU1827007A3 SU904843415A SU4843415A SU1827007A3 SU 1827007 A3 SU1827007 A3 SU 1827007A3 SU 904843415 A SU904843415 A SU 904843415A SU 4843415 A SU4843415 A SU 4843415A SU 1827007 A3 SU1827007 A3 SU 1827007A3
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- crack
- rock
- fluid
- pressure
- well
- Prior art date
Links
Description
Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано в различных областях для проведения гидроразрыва в локальном участке земной коры или глубокой скважине.The invention relates to the field of mining and can be used in various fields for hydraulic fracturing in a local area of the earth's crust or deep well.
Цель изобретения - повышение эффективности гидроразрыва за счет увеличения проницаемости и снижения энергоемкости.The purpose of the invention is to increase the efficiency of hydraulic fracturing by increasing permeability and reducing energy intensity.
Поставленная цель достигается,тем, что, согласно способу, источники вибровоздействия размещают с шагом, равным одной восьмой длины волны основной частоты по глубине скважины в месте проведения гидроразрыва, измеряют напряженно-де формированное состояние пород, определяют амплитуду давления в знакопеременной упругой волне из соотношенияThe goal is achieved, in that, according to the method, the sources of vibration are placed with a step equal to one eighth of the wavelength of the fundamental frequency along the depth of the well at the site of the fracturing, the stress-strain state of the rocks is measured, the pressure amplitude in the alternating elastic wave is determined from the ratio
Анпи - 0,015 (PV)T/3/R, где Р - давление в источнике, кг/см2;Anpi - 0.015 (PV) T / 3 / R, where P is the pressure in the source, kg / cm 2 ;
V - объем камеры давления в источнике. дм3: .V is the volume of the pressure chamber in the source. dm 3 :.
R - глубина размещения источника в скважине, м, а вибровоздействие осуществляют с амплитудой давления, равной 0,5 от величины разрушающих напряжений, при этом в породы нагнетают технологический раствор с добавкой 3-5% ПАВ и производят вибровоз1827007 АЗ действие в течение времени, при котором деформации растяжения сменят деформации сжатия, после чего переходят на частоту вибровоздействия, равную частоте нагнетания рабочей жидкости в скважину, и произ- 5 водят указанное воздействие до достижения гидроразрыва.R is the depth of the source in the well, m, and the vibration is carried out with a pressure amplitude equal to 0.5 of the value of the breaking stresses, while the technological solution is added to the rocks with the addition of 3-5% surfactant and the locomotive 1827007 AZ is produced over time, at which tensile deformations will replace compression deformations, after which they switch to a vibration frequency equal to the frequency of injection of the working fluid into the well, and 5 perform the specified action until fracturing is achieved.
Часть обсадной трубы, расположенной на глубине проведения гидроразрыва, и пространство между нею и скважиной за- Ю полняют упруговязким материалом, величина акустического сопротивления которого равна величине акустического сопротивления пород, причем в качестве указанного материала используют редкоземельные ве- 15 щества или их соединения с добавкой 10% тонкозернистого цемента.A part of the casing pipe located at the depth of the hydraulic fracturing and the space between it and the well are filled with an elastic viscous material, the acoustic resistance of which is equal to the acoustic resistance of the rocks, and rare-earth substances 15 or their compounds with additive 10 are used as the specified material % fine-grained cement.
Рабочую жидкость перед нагнетанием в скважину нагревают до 80°С, добавляют в . нее расклинивающие агенты с размерами 20 0,03-0,50 мм плотностью 2,6-4,8 г/см3 в пределах 1 % от общего объема закачиваемой жидкости в скважину.The working fluid is heated to 80 ° C before being injected into the well; proppants with a size of 20 0.03-0.50 mm with a density of 2.6-4.8 g / cm 3 within 1% of the total volume of injected fluid into the well.
Регистрируют тензодатчиками, встроенными в источники, импульсы давления, 25 определяют их спектры и управляют формой разрушающих импульсов давления, возбуждаемых в горном массиве.Pressure pulses are recorded by pressure sensors built into the sources, pressure pulses 25 determine their spectra and control the shape of the destructive pressure pulses excited in the rock mass.
Возбуждают в жидкости скважины на глубине проведения гидроразрыва мощные 30 ультразвуковые колебания, являющиеся инициаторами кавитирующих взрывов на пути распространения упругих колебаний, причем энергию кавитирующего пузырька определяют из выраженрия 35Powerful 30 ultrasonic vibrations that initiate cavitational explosions along the path of propagation of elastic vibrations excite in the well fluid at the depth of the hydraulic fracturing, and the energy of the cavitating bubble is determined from expression 35
Е =ttR3 · Ро, где Ро - геостатическое давление, обусловленное весом пород, кг/см2;E = ttR 3 · Ro, where Po is the geostatic pressure due to the weight of the rocks, kg / cm 2 ;
R - размер кавитирующего пузырька, 40 мм.R is the size of the cavitating bubble, 40 mm.
Контролируют скорость нагружения породы в зоне забоя, выбирают оптимальный режим нагружения, исключающий индуцирование остаточных напряжений, причем 45 время роста давления до разрушения стенок скважины выбирают из условия ttD/(2Cr) < t < 8jiD/Cr, где Cr - скорость поверхностных волн Релея в породах стенки скважины, м/с; 50The rock loading rate in the bottom zone is controlled, the optimal loading mode is selected, excluding the induction of residual stresses, and 45 the pressure growth time until the borehole walls are destroyed is selected from the condition ttD / (2Cr) <t <8jiD / Cr, where Cr is the speed of Rayleigh surface waves in rocks of the borehole wall, m / s; fifty
D - диаметр скважины, м.D - well diameter, m
Скорость изменения площади поперечного сечения трещины определяют из выражения dq/8x + qy+ dS/dt = O, .55 где q(x. t) - скорость инжекции (расход) жидкости разрыва через вертикальное поперечное сечение трещины при х - const с площадью S(x. t);The rate of change of the crack cross-sectional area is determined from the expression dq / 8x + q y + dS / dt = O, .55 where q (x. T) is the injection rate (flow rate) of the fracture fluid through the vertical crack cross-section at x - const with area S (x. T);
qy = 2hUy у скорость утечек в породу, приходящаяся на единицу длины трещины;q y = 2hU y y is the rate of leakage into the rock per unit length of the crack;
Uy - скорость утечек на единицу ди поверхности трещины (Uy = C/(t h - постоянная высотаЧреьцины; t - время;U y is the leakage rate per unit diaphragm surface of the crack (U y = C / (th is the constant height of Chestsina; t is time;
τ - момент начала утечек в сухую поро ду;τ is the moment of onset of leaks in the dry rock;
С - постоянный коэффициент утечек.C is a constant leak rate.
Ширину трещины для случая пористой породы с массовыми силами, обусловленными градиентами порогового давления, определяют из выраженияThe crack width for the case of porous rock with mass forces due to threshold pressure gradients is determined from the expression
Шмакс = 8(1 - v)2r (Рс - Рсм)(1 - А/2)/(лЕ);Schmax = 8 (1 - v) 2r (P s - P cm ) (1 - A / 2) / (lE);
. А.= (1-2 <1 - V);. A. = (1-2 <1 - V);
. СС — 1 - Сск/Сп . Рем = (2SB - АРп)/(2 - А), где Рс ~ давление на входе в трещину;. SS - 1 - Ssk / Sp. Rem = (2S B - APn) / (2 - A), where P c ~ pressure at the entrance to the crack;
Рем - давление, при котором трещина смыкается;Rem - pressure at which the crack closes;
а - постоянная Био, равная нулю для обычной упругой среды;a is the Biot constant, equal to zero for an ordinary elastic medium;
Сп - линейная сжимаемость скелета пористой среды;Cn is the linear compressibility of the skeleton of a porous medium;
г-радиус трещины;r-radius of the crack;
Рп - среднее пороговое давление;Рп - average threshold pressure;
Сек - линейная сжимаемость зерен скелета породы.Sec - linear compressibility of the grains of the skeleton of the rock.
Раскрытие трещины происходит при выполнении условияCrack opening occurs when the condition
Рр > Рс > Рем, причем для горизонтальной трещины давление распространения Рр определяют из выраженияPp>Pc> Rem, and for a horizontal crack, the propagation pressure P p is determined from the expression
Рр = Рем + (Е у)1/2[г(1 - ^Г1/2 (1 - А/2), а для максимального раскрытия вертикальной трещины по всей высоте давления Ррп начала гидроразрыва определяют из выраженияPp = Rem + (E y) 1/2 [g (1 - ^ G 1/2 (1 - A / 2), and for the maximum opening of a vertical crack over the entire pressure height P pn, the onset of hydraulic fracturing is determined from the expression
Ррп - Рем + От (2 - А), где V — коэффициент Пуассона; у-поверхностная энергия;Rrp - Rem + From (2 - A), where V is the Poisson's ratio; y-surface energy;
Οχ - прочность породы на разрыв;Οχ is the rock tensile strength;
Е - энергия кавитирующего пузырька.E is the energy of the cavitating bubble.
' Критическое значение коэффициента интенсивности напряжений определяют из выражения'The critical value of the stress intensity factor is determined from the expression
Kic = (2 у/С)1/2 = (2/тг )1/2 Кс, где у - плотность поверхностной энергии;Kic = (2 y / C) 1/2 = (2 / tg) 1/2 Ks, where y is the density of surface energy;
Кс - модуль сцепления породы;K with - rock adhesion module;
С - константа, зависящая от упругих постоянных.C is a constant depending on the elastic constants.
Поле напряжений вблизи конца трещи ны определяют из выраженияThe stress field near the end of the crack is determined from the expression
Oij = Kfij(^ (2 π r)'1/2 + конечные члены, где г, Θ- полярные координаты с центром в конце трещины;Oij = Kfij (^ (2 π r) ' 1/2 + final terms, where r, Θ are polar coordinates centered at the end of the crack;
fij (θ) - некоторые конечные функции, I, j = 1.2.3;fij (θ) are some finite functions, I, j = 1.2.3;
182700/ π - постоянный коэффициент интенсивности напряжений.182700 / π is a constant coefficient of stress intensity.
При распространении трещины гидроразрыва ее энергию определяют из выраженияWhen a hydraulic fracture propagates, its energy is determined from the expression
Эр = 2 у+ «п ’ I, где 2 γ - поверхностная энергия с учетом двух поверхностей;Er = 2 y + “n’ I, where 2 γ is the surface energy with two surfaces;
Оп - коэффициент пластичности;Op is the coefficient of plasticity;
I - полудлина трещины.I is the half-length of the crack.
Максимум ширины эллиптической трещины в вертикальном поперечном сечении определяют из выражения (Умакс(х) = fΐ[ ΔΡ(χ); h(x)], где ΔΡ(χ) = P(x)-Si;The maximum width of an elliptical crack in a vertical cross section is determined from the expression (Umax (x) = fΐ [ΔΡ (χ); h (x)], where ΔΡ (χ) = P (x) -Si;
Si = Smuk-прочность породы на разрыв; h(x) - высота трещины в сечении с координатой х;Si = Smuk-rock tensile strength; h (x) is the crack height in the section with the x coordinate;
Р(х) - распределение давления жидкости в трещине.P (x) is the distribution of fluid pressure in the crack.
Изменение вязкости жидкости гидроразрыва из выражения μ(χ) = μ(0) (1-х/1), где /40) - вязкость жидкости на входе в трещину;Change in the fracture fluid viscosity from the expression μ (χ) = μ (0) (1-x / 1), where / 40) is the fluid viscosity at the entrance to the crack;
- полудлина трещины.- half length of the crack.
Раскрытие трещины, находящейся под действием внутреннего давления, определяют из выраженияThe opening of a crack under internal pressure is determined from the expression
Ι( ω) = U( ω) + V( ω) = • ω (χ, ζ) dx dz — ' - / Ρ (χ. ζ) · ω (χ, ζ) dx dz, где первый интеграл представляет собой изменение потенциальной энергии U(tw), связанное с упругой деформацией породы при раскрытии трещины, а второй интеграл работа по раскрытию трещины V(w);Ι (ω) = U (ω) + V (ω) = • ω (χ, ζ) dx dz - '- / Ρ ( χ . Ζ) · ω (χ, ζ) dx dz, where the first integral is the change potential energy U (tw) associated with the elastic deformation of the rock during crack opening, and the second integral is the work on crack opening V (w);
β - поверхность трещины;β is the surface of the crack;
R = [(χ - χ)2 + (ζ - ζ')2]1/2 - расстояние между точкой с координатами (х, у), в которой вычисляется давление, и произвольной точкой (χ, ζ) на поверхности трещины, по которой производится интегрирование; σο = Ι[4 π(1 - ν)]’1 - жесткость линейно-упругой среды, моделирующей породу с коэффициентами Пуассона ν· и модулем сдвига I.R = [(χ - χ) 2 + (ζ - ζ ') 2 ] 1/2 is the distance between the point with coordinates (x, y) at which the pressure is calculated and an arbitrary point (χ, ζ) on the surface of the crack, by which integration is performed; σ ο = Ι [4 π (1 - ν)] ' 1 is the rigidity of a linearly elastic medium modeling a rock with Poisson's ratios ν · and shear modulus I.
Перенос тепла в пористой горной породе определяют из выражения где Dp - глубина проникновения теплового потока в породу;Heat transfer in porous rock is determined from the expression where Dp is the penetration depth of the heat flux into the rock;
Км - теплопроводность насыщенной жидкостью породы;K m - thermal conductivity of the saturated fluid of the rock;
Θ - температура;Θ is the temperature;
у - координата вдоль оси, ортогональной к поверхности трещины, отсчитываемая вглубь пласта;y is the coordinate along the axis orthogonal to the surface of the fracture, counted deep into the reservoir;
Н - количество тепла, приходящееся на единицу поверхности пористой породы в плоскости трещины (xz).N is the amount of heat per unit surface area of the porous rock in the plane of the crack (xz).
Распределение температуры по поверхности трещины определяют из выраженияThe temperature distribution over the surface of the crack is determined from the expression
С q || + (0,5472 Си Dp + С ®) f|-J^+2v(C-C0=O(15);With q || + (0.5472 Cu Dp + C ®) f | -J ^ + 2v (C-C0 = O (15);
q-/(^+2V)dx;q - / (^ + 2V) dx;
<·<·
V = а (х) / V t - to(x); t > to, где С' - объемная теплоемкость жидкости в трещине;V = a (x) / V t - t o (x); t> to, where C 'is the volumetric heat capacity of the fluid in the crack;
С - теплоемкость поровой жидкости;C is the heat capacity of the pore fluid;
Cf - полудлина вертикальной трещины гидроразрыва, ω-ширина трещины;Cf — half-length of a vertical fracture, ω-width of the crack;
х - координата в направлении ее удлинения;x is the coordinate in the direction of its extension;
V-интенсивность утечек жидкости разрыва через единицу площади поверхности трещины гидроразрыва в направлении у, ξ (х, t) = log (Vo/Vf);V is the intensity of the fracture fluid leaks through the unit of the surface area of the fracture in the y direction, ξ (x, t) = log (Vo / Vf);
Vo < 0 - превышение температуры жид* кости разрыва над температурой пласта, взятой в качестве температуры отсчета, тек, на входе в трещину гидроразрыва Vo(0, t) = Vf;Vo <0 — excess of the temperature of the fracturing fluid over the reservoir temperature, taken as the reference temperature, tech, at the entrance to the fracture, V o (0, t) = Vf;
См - объемная теплоемкость горной породы, насыщенной жидкостью;Cm is the volumetric heat capacity of a rock saturated with liquid;
q - объемная скорость потока жидкости в трещине;q is the volumetric flow rate of the fluid in the crack;
t - время;t is the time;
td(x) - время начала утечек жидкости разрыва в породе.td (x) is the start time of the fracture fluid leaks in the rock.
Возбуждают в жидкости скважины на глубине проведения гидроразрыва мощные ультразвуковые колебания, снижают вязкость пластовой жидкости от 10 до 60%.Powerful ultrasonic vibrations excite in the well fluid at the depth of the hydraulic fracturing, reduce the viscosity of the reservoir fluid from 10 to 60%.
Обеспечивают ортогональность трещины при разности между минимальным и промежуточным главными напряжениями в пределах 0,05-0.025 МПа, причем направление распространения трещины в этом случае па- 5 раллельно направлению действия максимального главного напряжения.The crack is orthogonally provided that the difference between the minimum and intermediate principal stresses is in the range of 0.05-0.025 MPa, with the crack propagation direction in this case parallel to the direction of action of the maximum principal stress.
Фильтрация нивелирует различия в напряженном состоянии локальных участков горного массива с неоднородным напря- 10 женным состоянием и снижает от 20 до 40% давление гидроразрыва, причем рост порогового давления замедляет рост трещины гидроразрыва. Добавляют в жидкость разрыва газовые компоненты в объеме от 50 до 15 15% от общего объема нагнетаемой жидкости.Filtration eliminates the differences in the stressed state of local sections of the rock mass with a non-uniform stressed state and reduces hydraulic fracture pressure from 20 to 40%, and an increase in threshold pressure slows down the growth of a hydraulic fracture. Gas components are added to the fracturing fluid in a volume of 50 to 15 15% of the total volume of injected fluid.
При закачке в скважину холодной воды в объемах, превышающих 103 м3, величина главного напряжения уменьшается в охлаж- 20 денной горной породе на 20-60%, что облегчает создание трещин гидроразрыва и удержание их в зоне охлаждения, при этом давление гидроразрыва снижается до 10 МПа. 25When cold water is pumped into the well in volumes exceeding 10 3 m 3 , the magnitude of the main stress decreases in the cooled rock 20-60%, which facilitates the creation of hydraulic fractures and their retention in the cooling zone, while the fracture pressure decreases to 10 MPa. 25
Наличие естественных трещин уменьшает модули упругости пород от 3 до 15 раз, трещина легко проходит через границу в материал с большими по величине модулями упругости, и различия в плотности и про- 30 ницаемости слоев пород не влияют на процесс распространения трещины. На глубине проведения гидроразрыва вокруг скважины возбуждают мощные сейсмические колебания и создают радиальные тре- 35 щины, которые пересекают естественные трещины и образуют сеть каналов, существенно увеличивающих приток флюида к скважине.The presence of natural cracks reduces the elastic moduli of rocks from 3 to 15 times, the crack easily passes through the boundary into a material with large elastic moduli, and differences in the density and permeability of the rock layers do not affect the crack propagation process. Powerful seismic vibrations are excited around the well at the depth of hydraulic fracturing and create radial cracks that intersect natural fractures and form a network of channels that significantly increase the flow of fluid to the well.
На чертеже приведена схема реализа- 40 ции способа, где 1 - горный массив; 2 скважина; 3 - пласт; 4 - устройство герметизации; 5-обсадная труба; 6- упруго-вязкое тело; 7 - источник постоянного импульсного напряжения; 8 - виброисточники; 9 - компрессор высокого давления ЭУ-5 или ЭУ-7; 10 - электронный пульт управления; 11 - микропроцессорный блок; 12 - модуль памяти; 13 - пультовый терминал; 14 - цифропечатающее устройство; 15 - лазер накачки; 16 - световод для передачи энергии луча лазера в скважину: Очиагвекторы максимальных главных напряжений в массиве горных пород.The drawing shows a diagram of the implementation of the method, where 1 is a mountain massif; 2 well; 3 - layer; 4 - sealing device; 5-casing; 6- elastic-viscous body; 7 - source of constant pulse voltage; 8 - vibration sources; 9 - high-pressure compressor EU-5 or EU-7; 10 - electronic control panel; 11 - microprocessor unit; 12 - memory module; 13 - remote control terminal; 14 - digital printing device; 15 - pump laser; 16 - optical fiber for transmitting laser beam energy into the well: Ochi -vectors of maximum principal stresses in a rock mass.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
По глубине скважины 2 в горном массиве 1 с шагом 1/8 длины волны основной частоты, излучаемой в массив 1. размещают группу источников 8. В месте проведения гидроразрыва в верхней и нижней части скважины между обсадной трубой 5 и скважиной 2 размещают упруговязкий материал 6, причем в качестве указанного материала используют редкоземельные вещества или их соединения с добавкой 10% тонкозернистого цемента в качестве вяжущего. С помощью датчиков давления горных пород определяют поле напряжений и главные векторы в породном массиве, в котором необходимо осуществить импульсный массированный гидроразрыв.The depth of the well 2 in the rock mass 1 with a step of 1/8 of the wavelength of the fundamental frequency radiated to the mass 1. Place a group of sources 8. In the place of hydraulic fracturing in the upper and lower parts of the well between the casing 5 and well 2, an elastic-viscous material 6 is placed, moreover, rare earth substances or their compounds with the addition of 10% fine-grained cement as a binder are used as the specified material. Using rock pressure sensors, the stress field and the main vectors in the rock mass in which pulsed massive fracturing is necessary are determined.
Параметры виброисточников 8 и глубину их размещения в скважине выбирают исходя из условий волнового подобия на частотах 60-1500 Гц, где имеет место максимальная закачка упругой энергии в горный массив в месте проведения гидроразрыва, составляющая от 3 до 16% всей запасенной энергии в источнике от компрессора 9 высокого давления - от 60 до 300 атм. и выше. Глубина размещения источников 8 оптимальна величине давления, обеспечиваемого столбом воды в скважинеThe parameters of the vibration sources 8 and the depth of their placement in the well are selected based on the conditions of wave similarity at frequencies of 60-1500 Hz, where there is a maximum injection of elastic energy into the rock mass at the fracture site, comprising from 3 to 16% of all stored energy in the source from the compressor 9 high pressure - from 60 to 300 atm. and higher. The depth of placement of sources 8 is optimal for the pressure provided by a column of water in the well
2. Она определена экспериментально при исследованиях в морской сейсморазведке на акваториях и составляет в диапазоне 601500 Гц от 10 до 250 атм,2. It is determined experimentally in studies in marine seismic exploration in the waters and is in the range of 601,500 Hz from 10 to 250 atm,
Источники 8 размещают на расстоянии друг от друга, равном 1/8 длины волны основной частоты, генерируемой в массив 1. При скорости Р волн в жидкости, равной 1500 м/с, длины волн на частотах:Sources 8 are placed at a distance from each other equal to 1/8 of the wavelength of the fundamental frequency generated in the array 1. At a speed of P waves in a liquid equal to 1500 m / s, the wavelengths at frequencies:
Гц = (1500 м/с)/(60 Гц) = 25 м.Hz = (1500 m / s) / (60 Hz) = 25 m.
1500 Гц.... = 1м и составляет от 1 до 3 м. Это вызвано тем, что при таком удалении (1 /2, 1 /4, 1 /8) поле упругих напряжений, излучаемое источником, распределено равномерно и позволяет осуществлять синхронизацию работы группы виброисточников относительно легко.1500 Hz .... = 1 m and ranges from 1 to 3 m. This is due to the fact that at such a distance (1/2, 1/4, 1/8) the field of elastic stresses emitted by the source is uniformly distributed and allows synchronization the operation of a group of vibration sources is relatively easy.
Время воздействия группы виброисточников - синхронной их работы - для приведения массива в неудароопасное состояние при амплитуде давления в знакопеременной упругой волне не более 0,5 от величины разрушающих напряжений для пород, слагающих массив, регулируется посредством электронного пульта управления 10 с компрессором 9 и зависит от обводненности пород в массиве и геомеханичееких условий их залегания: глубины их расположения в земной коре, степени трещиноватости пород. Импульс давления сжатого воздуха преобразуется тензодатчиком, встроенным в источник 8, в электрический сигнал и подается на вход информационно-вычислительного комплекса (ИВ К), в который входят микропроцессорный блок 11, модуль памяти 12.The exposure time of the group of vibration sources — their synchronous operation — to bring the array into non-shock hazardous state when the pressure amplitude in the alternating elastic wave is not more than 0.5 on the value of the breaking stresses for the rocks composing the array, is regulated by the electronic control panel 10 with compressor 9 and depends on the water cut rocks in the array and the geomechanical conditions of their occurrence: the depth of their location in the earth's crust, the degree of fracture of the rocks. The pressure pulse of compressed air is converted by a strain gauge, built into the source 8, into an electrical signal and fed to the input of an information-computer complex (IW K), which includes a microprocessor unit 11, a memory module 12.
пультовый терминал 13 и цифропечатающее устройство 14. С помощью ИВ К осуществляют. синхронизацию работы группы виброисточников 8 в скважине 2 посредством сопоставления эталонных импульсов давления, полученных в лабораторных условиях, с импульсами давления, получаемыми непосредственно в скважине, и по заранее введенной в ИВК программы осуществляют корректировку работы группы виброисточниксв в выбранном диапазоне частот. С помощью Фурье-устройств определяют спектры полученных импульсов давления, сопоставляют их с эталонными и управляют работой группы виброисточников во времени для достижения положительного эффекта. Выбирают оптимальный режим нагружения, в котором не индуцируются остаточные напряжения, и осуществляют контроль скорости нагружения пород в массиве - скорости изменения поперечного сечения магистральной трещины. Определяют ширину трещины в процессе гидроразрыва для пористой породы, степень ее раскрытия, коэффициент интенсивности напряжений, поле напряжений в месте гидроразрыва, энергию, затрачиваемую на гидроразрыв, максимум ширины эллиптической трещины в вертикальном сечении, изменение вязкости жидкости гидроразрыва, перенос тепла в пористой породе и распределение температуры по поверхности трещины. При синхронной работе группы источников амплитуду их колебаний поднимают от минимального до максимального значения, определяемого уровнем достижения напряжений в массиве, равном 0,5 от величины разрушающих напряжений, с таким условием чтобы не вызывать динамических проявлений горного давления и не повредить стенки скважины.console terminal 13 and digital printing device 14. Using IV To carry out. synchronization of the work of the group of vibration sources 8 in the well 2 by comparing the reference pressure pulses obtained in the laboratory with pressure pulses obtained directly in the well, and according to the program previously entered into the CPI, the work of the group of vibration sources in the selected frequency range is adjusted. Using Fourier devices, the spectra of the obtained pressure pulses are determined, compared with the reference ones, and the work of the group of vibration sources in time is controlled to achieve a positive effect. The optimal loading mode is selected in which residual stresses are not induced, and the rock loading rate in the array is monitored — the rate of change of the cross section of the main crack. The width of the fracture in the process of fracturing for a porous rock is determined, the degree of its opening, the stress intensity factor, the stress field at the fracturing site, the energy spent on fracturing, the maximum width of an elliptical crack in a vertical section, the change in the viscosity of the fracturing fluid, heat transfer in the porous rock and distribution temperature over the surface of the crack. During synchronous operation of a group of sources, the amplitude of their oscillations is raised from the minimum to the maximum value, determined by the level of achievement of stresses in the array, equal to 0.5 of the value of destructive stresses, so as not to cause dynamic manifestations of rock pressure and not damage the well walls.
Колебания вызывают в массиве относительную подвижку структурных элементов, перераспределение поля упругих напряжений на пути распространения колебаний и частичную дегазацию локального участка горного массива, подверженного вибровоздействиям. Эти явления имеют место в горном массиве как при работе одиночного источника, так и при работе группы источников.Oscillations cause a relative movement of structural elements in the massif, redistribution of the field of elastic stresses along the propagation path of the vibrations, and partial degassing of the local part of the massif subject to vibration. These phenomena occur in the mountain massif both during the operation of a single source and during the work of a group of sources.
Работу группы источников контролируют геомеханическими и геофизическими методами исследований:The work of the group of sources is controlled by geomechanical and geophysical research methods:
- методом разгрузки с использованием тензодатчиков;- unloading method using strain gauges;
- с использованием методов сейсмоакустической или электромагнитной эмиссии;- using seismoacoustic or electromagnetic emission methods;
- сейсмическими методами исследований.- seismic research methods.
Вибровоздействия осуществляют нз массив поэтапно. Сначала приводят массив в колебательное состояние в диапазоне 601500 Гц, нагнетают в породы ПАВ в концентрации 3-5% и осуществляют их в течений времени, при котором деформации растяжения в массиве сменят деформации сжатия, т.е. до достижения в массиве оптимальной проницаемости. Затем переходят на частоту собственных колебаний горных пород, т.е. вибровоздействия осуществляют в резонансном режиме, после чего проводят вибровоздействия с частотой нагнетания рабочей жидкости в скважину и осуществляют в течение времени, необходимого для достижения положительного эффекта, - гидроразрыва. Параметры визровоздействия задаютдля всех источников одинаковыми, а именно частоту, длительность и интенсивность колебаний поддерживают одинаковыми при неизменных контактных условиях До, во время и после вибровоздействия осуществляют контроль за напряженно-деформированным состоянием горных пород в массиве, что позволяет выбирать оптимальный режим проведения гидроразрыва и его корректировки во время проведения опыта. Воздействуя на приконтурную часть горного массива вибрационными нагрузками измеряют его напряженно-деформированное состояние и при достижении в нем напряжений 0,5 от разрушающих начинают нагнетать рабочую жидкость в скважину. Таким образом, массив обрабатывается всеми видами вибрационных сжимающих и растягивающих нагрузок, что способствует увеличению проницаемости горных пород и снижению прочности пород на разрыв в месте проведения гидроразрыва.Vibration effects are carried out by an array in stages. First, the array is brought into vibrational state in the range of 601,500 Hz, injected into the surfactant rocks at a concentration of 3-5% and carried out over time, at which tensile strains in the array will be replaced by compression strains, i.e. to achieve optimum permeability in the array. Then they switch to the frequency of natural rock oscillations, i.e. the vibrations are carried out in resonance mode, after which the vibrations are carried out with the frequency of pumping the working fluid into the well and is carried out for the time necessary to achieve a positive effect - hydraulic fracturing. The parameters of the visual impact set the same for all sources, namely, the frequency, duration and intensity of the vibrations are kept the same under constant contact conditions. Before, during and after vibration exposure, the stress-strain state of the rocks in the massif is monitored, which allows you to choose the optimal hydraulic fracturing mode and its correction during the experiment. Acting on the near-edge part of the massif by vibrational loads, its stress-strain state is measured and when it reaches a stress of 0.5 from destructive ones, they begin to pump the working fluid into the well. Thus, the massif is processed by all types of vibrational compressive and tensile loads, which contributes to an increase in rock permeability and a decrease in the tensile strength of rocks at the site of hydraulic fracturing.
По истечении необходимого времени источники выключают и переносят на новое место, если требуется повторное воздействие на породный массив для достижения необходимого эффекта.After the required time has passed, the sources are turned off and transferred to a new place if repeated exposure to the rock mass is required to achieve the desired effect.
Для того чтобы снизить вязкость пластовой жидкости, последовательно возбуждают мощные ультразвуковые колебания, получаемые посредством мощного луча лазера 15, посылаемого в жидкость скважины в месте гидооразрыва. Световодом 16 возбуждают колебания в диапазоне 10-20 кГц. Затем лазер выключают и посредством электронов подают на упруго-вязкое тело, материалом для которого служат редкоземельные вещества, обладающие гигантской магнитострикцией, от источника 7 импульсное напряжение, причем до 50% электромагнитной энергии переходит в упругие колебания, параметрами которых управля ют изменяя частоту, величину и длительность импульсного возбуждающего напряжения.In order to reduce the viscosity of the formation fluid, powerful ultrasonic vibrations are obtained sequentially obtained by means of a powerful laser beam 15 sent to the well fluid at the site of hydraulic fracturing. The fiber 16 excites oscillations in the range of 10-20 kHz. Then the laser is turned off and fed through electrons to an elastic-viscous body, the material for which is rare-earth substances with giant magnetostriction, a pulse voltage from source 7, and up to 50% of the electromagnetic energy passes into elastic vibrations, the parameters of which are controlled by changing the frequency, magnitude and pulse excitation voltage duration.
Аналогичным образом управляют параметрами упругих волн изменяя частоту и интенсивность луча лазера накачки. Изменяя посредством вибровоздействий напряженное состояние пород в массиве, создают необходимое соотношение между горизонтальными и вертикальными напряжениями в месте проведения гидроразрыва для получения сети радиальных трещин в горном массиве с учетом естественных трещин. Обработка горного массива в месте проведения гидроразрыва осуществляется либо с помощью источников 8, работающих в низкочастотном диапазоне от 60 до 1500 Гц, либо посредством 6 или 15, 16 для возбуждения колебаний в ультразвуковом диапазоне частот, что позволяет работать в выбранном диапазоне частот и использовать кавитирующие процессы, проявляющиеся при нагнетании в породы жидкостей, нагретых до 80°С, в совокупности с расклинивающими агентами, чтобы не дать порам и трещинам закрыться при попадании в них частиц размерами 0,03-0,50 мм и прочностью от 2,6 до 4,8 г/см3, в зависимости от величины гидростатического давления, обусловленного весом вышележащих пород. Кавитирующие процессы в нагретых породах способствует резкому увеличению гидро- и аэродинамических связей пород и повышению проницаемости их за счет возникновения микро- и макроударных волн, давления и пульсирующих потоков флюидов, что также способствует снижению прочности пород на разрыв и увеличению площади гидроразрыва.In a similar way, the parameters of the elastic waves are controlled by changing the frequency and intensity of the pump laser beam. Changing the stress state of the rocks in the massif by means of vibration effects, the necessary ratio between horizontal and vertical stresses is created at the hydraulic fracturing location to obtain a network of radial cracks in the rock mass taking into account natural cracks. Processing of the rock mass at the fracturing site is carried out either using sources 8 operating in the low frequency range from 60 to 1500 Hz, or using 6 or 15, 16 to excite oscillations in the ultrasonic frequency range, which allows you to work in the selected frequency range and use cavitating processes which are manifested when liquids heated to 80 ° C are injected into the rocks, together with proppants, to prevent pores and cracks from closing when particles of 0.03-0.50 mm in size and strength about t of 2.6 to 4.8 g / cm 3 , depending on the magnitude of hydrostatic pressure, due to the weight of the overlying rocks. Cavitation processes in heated rocks contribute to a sharp increase in the hydro- and aerodynamic bonds of rocks and increase their permeability due to the occurrence of micro- and macro-shock waves, pressure and pulsating fluid flows, which also helps to reduce the tensile strength of the rocks and increase the fracture area.
При закачке, наряду с вибровоздействиями, в скважину холодной воды в объеме более 103 м3 величина главных напряжений уменьшается в охлажденных породах на 2060%, что облегчает создание сети трещин и удержание их в зоне охлаждения, при этом давление гидроразрыва снижается до 10 МПа. Для создания массированного импульсного ориентированного гидроразрыва вокруг скважины в месте его проведения возбуждением мощных сейсмических колебаний в диапазоне 60-1500 Гц создают радиальные трещины, которые, пересекая естественные трещины, образуют сеть каналов, существенно увеличивающих приток флюида к скважине, Таким образом, использование выбранного диапазона частот в совокупности с инжектированием в массив разупрочняющих растворов повышает эффективность способа, снижает прочность пород на разрыв до 40% и увеличивает площадь гидрорэзрыаа в несколько раз.When injected, along with vibration effects, into the borehole of cold water in a volume of more than 10 3 m 3, the magnitude of the main stresses in cooled rocks decreases by 2060%, which facilitates the creation of a network of cracks and their retention in the cooling zone, while the fracture pressure decreases to 10 MPa. To create a massive pulsed oriented hydraulic fracturing around the well in the place of its excitation of powerful seismic vibrations in the range of 60-1500 Hz, radial cracks are created that, crossing natural cracks, form a network of channels that significantly increase the flow of fluid to the well, thus using the selected frequency range in conjunction with injection into the array of softening solutions increases the efficiency of the method, reduces the tensile strength of the rocks up to 40% and increases the area of gy several times.
Сущность способа заключается в том, что под воздействием мощных вибрационных нагрузок в массиве возникают волны сжатия и разрежения. Эти волны вызывают миграцию флюидов - жидкостей и газов, содержащихся в порах и трещинах пород, и содействуют их миграции во много раз быстрее, чем в отсутствие упругой волны. Кроме того, вибрации содействуют раскрытию пор и трещин на пути распространения волн. В местах нагрева пород свыше 40°С при условии, что:The essence of the method lies in the fact that under the influence of powerful vibrational loads in the array, compression and rarefaction waves arise. These waves cause the migration of fluids - liquids and gases contained in the pores and fissures of the rocks, and facilitate their migration many times faster than in the absence of an elastic wave. In addition, vibration helps open pores and cracks in the wave propagation path. In places of rock heating above 40 ° C, provided that:
1) направление распространения волны совпадаете направлением простирания пор и трещин;1) the direction of wave propagation coincides with the direction of stretching of pores and cracks;
2) частота колебаний близка к собственным частотам жидкостей, заполняющих поры и трещины;2) the oscillation frequency is close to the natural frequencies of liquids filling pores and cracks;
3) длины излучаемых волн соизмеримы с размерами пор и трещин, в зоне разрежения упругой волны возникают кавитационные пузырьки, заполненные газом и паром и схлопывающиеся в зоне сжатия упругой волны, следствием чего являются возникающие мощные гидродинамические возмущения в виде импульсов сжатия микро- и макроударных волн и потоков флюидов, порождаемых пульсирующими пузырьками, вследствие чего резко возрастает проницаемость пород и изменение прочностных свойств последних на 2060%. Кроме того, миграция флюидов в порах и трещинах пород сопровождается:3) the lengths of the emitted waves are commensurate with the sizes of pores and cracks, cavitation bubbles appear in the rarefaction zone of the elastic wave, filled with gas and vapor and collapse in the compression zone of the elastic wave, resulting in powerful hydrodynamic disturbances in the form of compression pulses of micro- and macroshock waves and fluid flows generated by pulsating bubbles, resulting in a sharp increase in the permeability of rocks and a change in the strength properties of the latter by 2060%. In addition, fluid migration in pores and fractures of rocks is accompanied by:
- перераспределением поля упругих напряжений на пути мигрирующих флюидов;- redistribution of the field of elastic stresses along the path of migrating fluids;
- истечением газов из пор и трещин дегазацией локального участка горного массива, подверженного вибровоздействиям;- the outflow of gases from pores and cracks by degassing of a local area of a mountain massif subject to vibration;
- кавитирующими процессами, причем кавитация процесс вероятностный, она имеет место при определенных начальных и граничных условиях.- cavitating processes, and cavitation is a probabilistic process, it takes place under certain initial and boundary conditions.
Расклинивающие агенты, вводимые в рабочую жидкость, являются концентраторами новых трещин и способствуют увеличению проницаемости горных пород.Proppants introduced into the working fluid are concentrators of new cracks and increase the permeability of rocks.
Преимущества способа состоят в следующем;The advantages of the method are as follows;
1) перераспределении поля упругих напряжений на пути распространения волн;1) redistribution of the field of elastic stresses along the path of wave propagation;
2) сведении к минимуму вероятности динамики горного давления;2) minimizing the probability of rock pressure dynamics;
3) приведении поля существующих напряжений к состоянию, которое удовлетворяет оптимальным условиям проведения гидроразрыва;3) bringing the field of existing stresses to a state that satisfies the optimal conditions for hydraulic fracturing;
4) создании оптимальных условий возбуждения упругих колебаний в выбранном диапазоне частот при неизменных контактных условиях в режиме накопления упругой энергии;4) creating optimal conditions for the excitation of elastic vibrations in the selected frequency range under constant contact conditions in the mode of elastic energy storage;
5) увеличении проницаемости пород в десятки и сотни раз;5) increasing the permeability of rocks by tens and hundreds of times;
6) улучшении параметров гидроразрыва: снижения прочности пород на разрыв и повышения эффективности способа.6) improving fracturing parameters: reducing the tensile strength of the rocks and increasing the efficiency of the method.
Использование изобретения позволит, по сравнению с имеющимися классическими способами, значительно повысить эффективность гидроразрыва, увеличить его площадь и снизить энергозатраты.The use of the invention will allow, in comparison with the existing classical methods, significantly increase the efficiency of hydraulic fracturing, increase its area and reduce energy consumption.
Ожидаемый экономический эффект от внедрения изобретения составляет 46 тыс. руб. в год.The expected economic effect from the implementation of the invention is 46 thousand rubles. in year.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU904843415A SU1827007A3 (en) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | Method for hydraulic fracturing of a rock block |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU904843415A SU1827007A3 (en) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | Method for hydraulic fracturing of a rock block |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1827007A3 true SU1827007A3 (en) | 1993-07-07 |
Family
ID=21523232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU904843415A SU1827007A3 (en) | 1990-06-28 | 1990-06-28 | Method for hydraulic fracturing of a rock block |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1827007A3 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010044697A1 (en) * | 2008-10-14 | 2010-04-22 | Шлюмберже Холдингс Лимитед | Method for hydraulically fracturing a low permeability subsurface formation |
| RU2447278C2 (en) * | 2010-01-18 | 2012-04-10 | Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИГиЛ СО РАН) | Method of hydraulic fracturing of bed |
| RU2655007C1 (en) * | 2016-12-01 | 2018-05-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН) | Method of the rocks pressurometer testing |
| RU2772626C1 (en) * | 2021-05-13 | 2022-05-23 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Method for hydraulic fracturing |
-
1990
- 1990-06-28 SU SU904843415A patent/SU1827007A3/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010044697A1 (en) * | 2008-10-14 | 2010-04-22 | Шлюмберже Холдингс Лимитед | Method for hydraulically fracturing a low permeability subsurface formation |
| RU2447278C2 (en) * | 2010-01-18 | 2012-04-10 | Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИГиЛ СО РАН) | Method of hydraulic fracturing of bed |
| RU2655007C1 (en) * | 2016-12-01 | 2018-05-23 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (ИГД СО РАН) | Method of the rocks pressurometer testing |
| RU2772626C1 (en) * | 2021-05-13 | 2022-05-23 | Шлюмберже Текнолоджи Б.В. | Method for hydraulic fracturing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mullakaev et al. | Development of ultrasonic equipment and technology for well stimulation and enhanced oil recovery | |
| US3302720A (en) | Energy wave fractureing of formations | |
| SU1827007A3 (en) | Method for hydraulic fracturing of a rock block | |
| Frash et al. | Laboratory-scale-model testing of well stimulation by use of mechanical-impulse hydraulic fracturing | |
| Gor et al. | Fracture propagation driven by fluid outflow from a low-permeability aquifer | |
| AU2015224617B2 (en) | Method for extracting methane from coal beds and from penetrating rock enclosing a coal bed | |
| Xie et al. | Visualization of hydraulic fracture interacting with pre-existing fracture | |
| Zhai et al. | Experimental study of hydraulic fracturing initiation and propagation from perforated wellbore in oil shale formation | |
| RU2377398C1 (en) | Method of hydrocarbone field development | |
| Abdullahi et al. | Seismic Wave Excitation of Mature Oil Reservoirs for Green EOR Technology | |
| RU2283945C1 (en) | Method for hydrocarbon deposit development at later stage | |
| RU2059801C1 (en) | Method for recovery of high-viscosity oil from formation by mining and heat-stimulation | |
| Zhao | Mechanism of permeability enhancement in coal under repetitive strong shock waves | |
| Poplygin et al. | Assessment of the Elastic-Wave Well Treatment in Oil-Bearing Clastic and Carbonate Reservoirs | |
| RU2584191C2 (en) | Method for hydraulic fracturing of productive formation | |
| RU2066746C1 (en) | Method for recovery of dry oil and gas wells | |
| Serdyukov et al. | Mechanism of oil production stimulation by low-intensity seismic fields | |
| Bazhaluk et al. | APPLICATION OF PULSE-WAVE TECHNOLOGY FOR OIL WELL COMPLETION. | |
| RU2015341C1 (en) | Method for degassing of coal seams and rock masses | |
| RU2094590C1 (en) | Method for vibrating cementation of casing pipes in wells | |
| RU1834972C (en) | Mine working method of metallic ore deposits by underground lixiviation | |
| SU1744271A1 (en) | Method for degassing coal seams | |
| RU2069261C1 (en) | Method for directed hydraulic fracturing of rocks | |
| RU2039231C1 (en) | Method to extract sulfur from deep boreholes | |
| RU2765786C1 (en) | Method for extraction of hard-to-recover oils |