Прогрессивные технологии сооружения скважин

ДВИЖУЩИЙСЯ ПОТОК КАК САМОРЕГУЛИРУЕМАЯ СИСТЕМА

Саморегулирование системы скважина - пласт заключается в ее реакции на изменение величины возмущения или фильтраци­онных свойств отдельных элементов. В случае изменения возму­щающего воздействия (например понижения при откачке, созда­ваемого насосом) происходит перераспределение потерь напора в трубах, фильтре, обсыпке, закольматированной зоне и пласте. Вследствие упругих свойств системы возмущение передвигается постепенно от элемента к элементу начиная с интервала сква­жины, воспринимающего первичную нагрузку, к пласту. Пласт на начальном этапе не воспринимает волну возмущения и изме­нения дебита не происходит. Сначала возмущение через трубы передается на фильтр и гравийную обсыпку и только затем рас­пространяется на закольматированную зону. С уменьшением гидравлического сопротивления элемента системы он становится более чувствительным к возмущениям, что при определенных условиях может привести к нарушению его физико-механиче­ских свойств, сплошности, равномерности и т. д.

Величина первичного возмущения зависит от свойств и числа промежуточных элементов системы, выполняющих роль буфера. Например, гравийная обсыпка воспринимает возмущение за вы­четом величины, которую принимает на себя фильтр и трубы, а пласт - тоже, но еще за вычетом составляющей потерь на гра­вийную обсыпку и закольматированную зону.

Для того чтобы получить максимальный дебит, важно как можно большую составляющую возмущения передать на пласт. 68

Чем больше отношение потерь напора в пласте к потерям напора в околоскважинной зоне и трубах, тем более совершенная сква­жина. Совершенной целесообразно называть скважину, обеспечи­вающую естественную связь с пластом, при которой все созда­ваемое возмущение приходится на пласт с ненарушенной струк­турой.

В этом случае отношение потерь напора в пласте к общим по­терям напора в системе скважина - пласт равно единице. В ре­альных условиях получить совершенную скважину сложно из-за невозможности исключения потерь напора в трубах и фильтре, наличия в большинстве случаев зоны кольматации в околосква­жинной зоне. Применение специальных технологий позволяет существенно повысить степень совершенства скважины. Так, ис­пользование гравийной обсыпки позволяет заменить низкопро­ницаемый пластовый песок в околоскважинной зоне на более проницаемый гравий, снизить гидравлические потери напора.

В случае исключения кольматации за счет применения про­грессивных технологий вскрытия пласта снижение потерь напора из-за использования гравийной обсыпки может компенсировать потери напора в трубах, приближая тем самым совершенство скважины к идеальным значениям. Повышению совершенства скважины способствуют некоторые технологические приемы по­вышения фильтрационных свойств пласта, подбора конструкций скважины и фильтров.

Параметр технологического совершенства скважины

С = Ш (1.94)

Величина C удобна в практическом использовании, так как не зависит от режимов эксплуатации. С изменением величины воз­мущения процентное соотношение потерь напора в каждом эле­менте системы остается постоянным

Л/Л = Л/Л = J3/J3 = Л/Л = Л/Л = J/J', (1.95)

Где J1, J2, J3, J4, J5 - потери напора в элементах системы по­сле изменения величины возмущения.

Выражение (1.95) вытекает из формулы (1.94) с учетом по­стоянства суммы линейных и квадратичных коэффициентов со­противления. Приведенные формулы справедливы для устано­вившегося режима или установившейся реакции на возмущение. В начальный момент времени возмущение воспринимает фильтр, а затем его оставшаяся часть передается на гравийную обсыпку, закольматированную зону и пласт. Следует отметить, что пока возмущение не передалось на пласт дебит не изменится. После

69

Восприятия возмущения пластом происходит изменение дебита, а значит и потерь напора в каждом элементе системы. При увели­чении возмущения в скважине происходит рост дебита, сопро­вождающийся увеличением потерь напора в фильтре, трубах, об­сыпке и закольматированной зоне, которое, в свою очередь, при­водит к снижению доли возмущения на пласт в сравнении с на­чальным периодом времени. Вследствие инерционности системы скважина - пласт возникает волновой процесс, который после нескольких периодов колебаний саморегулируется в соответст­вии с соотношениями (1.94) и (1.95).

Для оценки несовершенства системы скважина - пласт пред­лагается использовать понятие скин-эффекта, который рассчиты­вался по разнице значений, полученных по формуле (1.7), (1.8) и реальных понижений. В понятие скин-эффекта входит несовер­шенство по характеру и степени вскрытия и, кроме того, потери напора, пропорциональные квадрату расхода. Скин-эффект зави­сит от режимов эксплуатации, увеличиваясь с ростом возмуще­ния.

Саморегуляция системы скважина - пласт осуществляется в соответствии с параметром технологического совершенства, рас­считанного по формуле (1.94) для любых режимов эксплуатации путем перераспределения потерь напора по каждому элементу системы в соответствии с соотношениями (1.95), которые оста­ются постоянными.

Саморегуляция системы наблюдается не только при измене­нии режимов эксплуатации, но и при снижении сопротивления отдельных элементов системы. Например, проведение реагентной обработки позволяет снизить сопротивление в зоне кольматации, потери напора в этом интервале. В случае постоянного возмуще­ния J = const изменяются гидравлические сопротивления зоны кольматации A2, B2 и соотношение (1.95) становится несправед­ливым. При снижении сопротивления отдельного элемента сис­темы доля «сэкономленных» потерь напора передается на после­дующие элементы, что приводит в конечном итоге к повышению дебита. Для закольматированной зоны снижение гидравлических потерь напора приведет к возникновению большего возмущения в пласте

J1= J1 + (J2 - J2), (1.96)

Где. J', J2 - потери напора соответственно в пласте и зоне коль­матации после изменения свойств и гидравлических сопротивле­ний зоны кольматации.

Аналогичное увеличение дебита может быть достигнуто на-

70

Мывом более проницаемой обсыпки, заменой устаревшей конст­рукции фильтра на прогрессивную. Изменение дебита скважины после восстановления гидравлических свойств отдельных эле­ментов системы меняет свой характер в начальный момент вре­мени. После первичного возмущения пласта и при увеличении или уменьшении дебита меняются потери напора в каждом эле­менте системы, наблюдается колебательный процесс, после чего за счет саморегуляции параметры системы устанавливаются в соответствии с выражением (1.95) и учетом изменившихся гид­равлических сопротивлений.