Прогрессивные технологии сооружения скважин

ЕСТЕСТВЕННЫЕ ФИЛЬТРЫ

При откачке из околоскважинной зоны выносятся наиболее мелкие фракции песка, шлам и кольматирующие частицы. Фильтрационные параметры околоскважинной зоны при этом существенно улучшаются. Вынос частиц песка из прифильтровой зоны, по И. Ф. Володько, определяется скоростью фильтрации, которая вызывает суффозию частиц различной гидравлической крупности. По мере удаления от каркаса фильтра в направлении пласта скорость фильтрации уменьшается и соответственно уменьшается крупность выносимых песчаных частиц.

Известно, что на суффозию влияет не только скорость фильт­рации, но и гранулометрический состав частиц водоносного пла­ста. При сооружении в скважине гравийного фильтра с коэффи­циентом межслойности K = 4^6 (отношение средних размеров гравия и песка) суффозии не наблюдается при любых режимах эксплуатации. Поэтому можно предположить, что суффозию в значительной степени определяет геометрический критерий и частицы песка или гравия задерживают в 6 и менее раз меньшие по размеру частицы независимо от скорости фильтрации.

Рассмотрим характер формирования естественного фильтра из неоднородного песка с учетом геометрического критерия суффо­зии. Частицы песка диаметром d будут задерживать более мел­кие частицы, если выполняется неравенство

D < k d = d

Ut ^ n, Umin ^-Kp. min?

Где K - коэффициент межслойности; Dmin - минимальный размер песка водоносного пласта; dKp. min - минимальный диаметр час­тиц, через которые происходит миграция частиц диаметром Dt.

Частицы диаметром Dt не будут выноситься из скважины сквозь частицы больших размеров, если их размер меньше отно­шения максимального размера частиц песка к коэффициенту межслойности:

D > F1 d = d

U, t ^ Tv f^-mex ^-кр^ах -

Частицы песка размером от d^.^ до d^.^, с одной стороны, не будут выноситься из скважины, а с другой стороны, преду­преждают суффозию частиц, находящихся на большем расстоя­нии от каркаса фильтра. Если частицы размером от d^.mm до dgp. max равномерно распределены в водоносном пласте, то можно сделать вывод, что они будут располагаться от каркаса фильтра в направлении стенок скважины и продуктивного пласта через оп­ределенное расстояние. Среднее расстояние между частицами размеров от d^.^ до d^.^ легко определить, если известно их

Процентное содержание в песке.

Вынос частиц из скважины через отверстия фильтра-каркаса в процессе откачки будет наблюдаться, если размер близлежащих к каркасу фильтра частиц d1 меньше отверстий фильтра:

D1 < K- d0, (5.1)

Где d0 - отверстия фильтра.

Вторая частица песка будет мигрировать через первую, если ее диаметр

D2 < Г1 di. (5.2)

Некоторая частица песка Dt будет мигрировать через п частиц до частицы диаметром от d^.^ до d^.^, если выполняются неравенства

Dt < kdI; Dt < kD2;

..................................................................... (5.3)

DT < k dn-1; DT < k dN.

Кроме геометрического критерия на суффозию влияет скорость фильтрации, определяемая по формуле С. В. Избаш и

Л. И. Козловой. По мере удаления от каркаса фильтра уменьша­ются скорость фильтрации и крупность частиц песка, подвер­женных миграции, снижается вероятность суффозии. В этой свя­зи, с удалением от каркаса фильтра характер естественного рас­пределения частиц песка в прифильтровой зоне менее подвержен изменению под воздействием откачки. На некотором расстоянии от каркаса фильтра естественный фильтр не образуется. По мере приближения к каркасу фильтра наиболее мелкие частицы начи­нают перемещаться. С некоторого расстояния от каркаса фильтра скорость фильтрации принимает значения, обеспечивающие суффозию более крупных частиц песка размером до

В процессе откачки в прифильтровой зоне не формируется естественный фильтр, в котором частицы укладываются в по­рядке убывания крупности от каркаса фильтра в направлении стенок скважины, как считалось ранее. Этому препятствуют средние фракции песка. В естественном фильтре можно выде­лить три характерные зоны. В первой зоне образуются цепочки из частиц близкой крупности, т. е. образуется система чередую­щихся гряд из нескольких частиц с постепенным увеличением или уменьшением размеров. Во второй зоне характер выделения цепочек из частиц приблизительно одинаковой крупности прояв­ляется слабее. Это объясняется тем, что с удалением от фильтра- каркаса скорости потока снижаются и не все частицы участвуют в формировании естественного фильтра. В третьей - характер­ной зоне естественного фильтра, наиболее приближенной к пла­сту, изменения первоначального сложения частиц песка в при­фильтровой зоне почти не наблюдается.