Прогрессивные технологии сооружения скважин

ДВИЖЕНИЕ ПОТОКА В ГРАВИЙНОЙ ОБСЫПКЕ

ДВИЖЕНИЕ ПОТОКА В ГРАВИЙНОЙ ОБСЫПКЕ

ГравиИная обсыпка состоит из частиц, превышающих по раз­меру частицы песка продуктивного пласта в несколько раз. При этом предполагается, что фильтрационные характеристики гра­вия существенно лучше, чем пласта и околоскважинноИ зоны. Потери напора при фильтрации в гравиИноИ обсыпке.

(1.39)

Где k4 - проницаемость гравиИноИ обсыпки; r3 - радиус гравиИ­ноИ обсыпки; r4 - радиус фильтра.

В уравнении (1.39) учтен член, пропорциональныИ квадрату скорости фильтрации потока, так как предполагается, что в об­сыпке в реальных условиях происходит турбулизация потока. Наиболее высокие скорости притока, а значит и турбулизация, наблюдается в верхних сечениях продуктивного интервала.

Потери напора в гравиИноИ обсыпке определяются коэффи­циентом проницаемости или фильтрации гравия. В практике ус­тановилось мнение, что с увеличением фракции гравия прони­цаемость обсыпки возрастает. На самом деле это не так. Прони­цаемость обсыпки максимальна только в том случае, если между размерами частиц гравия и песка продуктивного пласта выдер­живается определенное соотношение. Размер гравия рекомен­дуют принимать в 6 раз большим размера частиц песка продук­тивного пласта. В случае, если размер частиц гравия составляет от 6 до 12 размеров частиц песка продуктивного пласта, наблю­дается закупорка пор фильтра мелкими фракциями. При запол­нении пор шламом проницаемость обсыпки резко снижается.

Проницаемость зависит от коэффициента межслоИности, рав­ного отношению среднего размера частиц гравия к среднему размеру частиц песка продуктивного пласта (рис. 1.11). По Н. СтеИну, если коэффициент межслоИности более 6, то поры обсыпки заполняются песком и коэффициент проницаемости по­степенно снижается до 0,2 от первоначальных. Проницаемость гравиИноИ обсыпки может снижаться до значениИ проницаемо­сти пластового песка или даже ниже.

Многими исследователями установлено, что смеси неоднород-

48

ДВИЖЕНИЕ ПОТОКА В ГРАВИЙНОЙ ОБСЫПКЕ

Рис. 1.11. Зависимость про­ницаемости обсыпки от ко­эффициента межслойности:

1 - гравиИныИ фильтр за­держивает песок по внешне­му контуру; 2 - песок про­никает в поры гравиИного фильтра, но в скважину не выносится; 3 - пескование

Ных по фракционному составу переуплотнены и могут иметь проницаемость, близкую к проницаемости фракции, составляю - щеИ 10 % от фракционного отсева. Зависимость изменения про­ницаемости гравиИноИ обсыпки, подобранноИ в соответствии с определенными коэффициентами межслоИности, во времени по Р. Сеусье, показана на рис. 1.12. В течение первых 3-4 мин с начала откачки проницаемость обсыпки ухудшается для коэффи­циента межслоИности 9,4 в 5-6 раз. ДальнеИшего существенного изменения проницаемости гравиИного фильтра во времени не происходит. Проницаемость обсыпки снижается с начальных значениИ 600 до 80-110 Д. Максимальную проницаемость сохра­няет гравиИная обсыпка, подобранная в соответствии с коэффи­циентом межслоИности, равным 6,7. Проницаемость изменяется с исходных значениИ 300 до 150-170 Д, т. е. уменьшается в 2­2,5 раза.

Уменьшение проницаемости гравиИноИ обсыпки обусловлено тем, что даже при коэффициентах межслоИности 6,7 размер пор в сравнении с размером частиц песка продуктивного пласта ока­зывается завышенным и мелкие фракции закупоривают поры, а это приводит к росту гидравлического сопротивления и сниже­нию дебита. Если коэффициент межслоИности более 12, то про­ницаемость обсыпки снова начинает увеличиваться и достигает максимальных значениИ, близких к исходным при коэффициен­тах межслоИности 18-20 (рис. 1.13). Допускать проникновение песка в скважину нельзя, чтобы предотвратить образование пес - чаноИ пробки, снижение дебита, быстрыИ износ водоподъемного оборудования.

Для различноИ степени неоднородности гравия и песка про­ницаемость гравиИноИ обсыпки может в 30-50 раз превышать проницаемость пластового песка. Необходимо отметить, что гра-

49


Рис. 1.13. Зависимость отношения проницаемости обсыпки K4 к прони­цаемости пласта k1 от коэффициента межслойности для коэффициентов неоднородности: 1 - 2; 2 - 5

Фики на рис. 1.13 были построены без учета кольматационных явлений в околоскважинной зоне. В сравнении с проницаемо­стью закольматированной зоны проницаемость обсыпки может возрастать до еще больших значений. В начальный период от­качки кольматант из околоскважинной зоны выносится в гра­вийную обсыпку. В порах обсыпки кольматант не задерживается из-за высоких коэффициентов межслойности гравия и кольма- танта.

Внутрь пластового песка могут проникать кольматирующие частицы в 6 и более раз меньшие среднего размера частиц песка. Поэтому в сравнении с гравийной обсыпкой коэффициент меж­слойности шлама и гравия будет более 30. При таких высоких коэффициентах межслойности шлам и кольматанты свободно выносятся сквозь гравийную обсыпку, практически не снижая ее проницаемость (см. рис. 1.12). Затруднительной становится рас- кольматация в том случае, если на определенном интервале раз­мер песка практически соответствует размеру гравийной за­сыпки. В реальных условиях такая ситуация может сложиться при обрушении стенок скважины в процессе ее оборудования, а также при определенной технологии гравийной засыпки.

ДВИЖЕНИЕ ПОТОКА В ГРАВИЙНОЙ ОБСЫПКЕ

Рис. 1.12. Зависимость проницаемости обсыпки от времени при разных коэф­фициентах межслойности:

1 - 6,7; 2, 3, 4 - 9,4

При преимущественной кольматации глинистыми частицами эффективной раскольматации осуществить не удается из-за пе­ременного коэффициента межслойности, обусловленного набуха­нием глинистого шлама, его защемлением в порах и экранирова - 50
Нием продуктивного пласта от обсыпки. Защемленный глини­стый шлам препятствует также выносу мелких фракций песка и шлама из околоскважинной зоны. Таким образом, наиболее опасно снижение проницаемости обсыпки за счет проникновения в нее пластового песка.

Теоретически и экспериментально установлено, что обсыпка толщиной в 3-8 диаметров частиц гравия способна предупредить пескование. В реальных условиях обеспечить постоянную тол­щину обсыпки сложно. Поэтому обычно на практике рекомен­дуют принимать толщину гравийной обсыпки в пределах 50­200 мм.

Если увеличивать толщину обсыпки (для предупреждения выноса песка из скважины) более 50 мм нет смысла, то с учетом возможности повышения дебита толщину гравийной обсыпки целесообразно увеличивать до существенно больших значений. Замена в околоскважинной зоне песка продуктивного пласта, а особенно закольматированной зоны, на более проницаемый гра­вий позволяет снизить гидравлическое сопротивление фильтра­ционному потоку и повысить удельный дебит скважины.

На потери напора в гравийной обсыпке оказывает влияние окатанность частиц. С увеличением окатанности гравия падение напора в гравийном фильтре уменьшается (табл. 1.6).

Можно сделать вывод, что за счет использования окатанного гравия можно снизить потери напора в обсыпке в 2-4 раза.

В сравнении с естественными фильтрационными характери­стиками песка продуктивного пласта проницаемость околосква­жинной зоны можно увеличить в 30-50 раз. Если учитывать наиболее опасный вид кольматации естественным глинистым раствором, то в сравнении с закольматированной зоной за счет создания гравийной обсыпки при правильной методике подбора гравия и намыва фильтра проницаемость околоскважинной зоны может быть увеличена на несколько порядков.

Снизить сопротивление гравийного фильтра можно внедре­нием многослойных конструкций. При создании фильтров из нескольких слоев перепад давления на обсыпке можно опреде-

Таблица 1.6

Потери напора (в КПа) в гравийном фильтре

Гравий

Расход, м^/ч

2,5

5

7,5

10

12,5

15

Плохо окатанный

6,4

7,1

12,0

22,0

30,0

40,0

Окатанный

0,25

5,0

10,0

19,0

24,0

30,0

Стеклянные шарики

0,1

3,0

7,0

14,0

17,0

20,0

51

Лить из выражения, полученного из модели фильтрации с ци­линдрическим характером изменения проницаемости

ДВИЖЕНИЕ ПОТОКА В ГРАВИЙНОЙ ОБСЫПКЕ

+ 1n(r2 / rQ 1 + Q

^42 ) 2Пт

(140)

Где rn, rn1, r1 - радиус гравийной обсыпки соответственно п, п — 1 и 1 слоя; k4n, k42, k41 - проницаемость соответственно n, 2 и 1 слоя гравийного фильтра. Фракция каждого удаляющегося от стенок скважины слоя гравийного фильтра увеличивается в со­ответствии с выбранными коэффициентами межслойности, кото­рые рекомендуется принимать несколько меньшими, чем для однослойного фильтра. Поэтому проницаемость каждого слоя гравийной обсыпки при приближении к каркасу фильтра уве­личивается, что позволяет снизить общее сопротивление фильтрационному потоку и соответственно повысить дебит сква­жины.

Автором была предложена технология намыва гравийного фильтра, при которой частицы гравия в процессе намыва автома­тически укладываются в поперечном сечении обсыпки с умень­шением размера от каркаса фильтра к стенкам скважины. Анализ уравнения (1.40) при предположении, что число слоев увеличи­вается до бесконечности, позволяет установить следующее: толь­ко для ламинарной составляющей потери напора гидравлическое сопротивление притоку при плавном уменьшении размера частиц от каркаса фильтра к стенкам скважины падают на 4-5 %. С учетом турбулентной составляющей, пропорциональной квадрату расхода, потери напора в обсыпке за счет внедрения новой тех­нологии могут быть существенно уменьшены.

При выводе уравнений (1.39) и (1.40) традиционно предпола­гается, что скорость фильтрации по мощности продуктивного интервала остается постоянной величиной. В реальных условиях скорости фильтрации возрастают от нижних интервалов к верх­ним по закону гиперболических синусов или тангенсов. Увели­чение скоростей от нижнего к верхнему интервалу подтверждает­ся многочисленными данными расходограмм и поинтервального опробования.

Определим потери напора в гравийной обсыпке с учетом из­меняющейся по высоте продуктивного интервала скорости фильтрации. Э. А. Грикевич отмечает, что характер распределения

ДВИЖЕНИЕ ПОТОКА В ГРАВИЙНОЙ ОБСЫПКЕ

K4n I rn rn-1J k4 IR2 r1

52

Входных скоростей по длине фильтра хорошо описывается зако­ном гиперболических синусов или тангенсов

Sh la —

(141)

Sh a

Q(z) = Q0


Tg| Y — M

Q(z) = Q

(142)

Tg Y

Где Q0 - расход притока в фильтр на высоте z; a, у - параметры неравномерности притока.

(143)

(144)

Принимая в выражении (1.39) переменный расход по длине, получаем

J4 = Ж f ln а + a g<—> f-i -1 2nr4 I r4 2п |R4 r3

Так же справедливо положение g(z) = dQ/dz. Принимая ги­персинусоидальный закон распределения скоростей притока, по­лучаем

G (z) = ch fa ^ I.

G (z) = Q0

M shA | m

Для тангенциального распределения скоростей притока

^-------- (1.45)

M 2[ z

Tg у cos l у — M

Подставляя выражения (1.44) и (1.45) в равенство (1.41), имеем следующие выражения для определения потерь напора в гравийной обсыпке с учетом изменяющихся по длине фильтра скоростей притока

Ch

Т = aQ0 J 4 =

2NR4 m sh a

2 ch

Ln Г3+a_S0______

_L - J_

R4 r3

(146)

R4 2nm sh с

T = YQ0 J 4 =

2nr4 m 2 f z

1___ 1

R4 r3

Ln r3 + 1Й0 r4 2nm

Tg у cos2 [ у — M

4 tg у cos | у — M

53


Анализируя выражения (1.46) и (1.47) и сопоставляя их с традиционной формулой расчета (1.43), делаем вывод, что если пренебрегать влиянием неравномерности входных скоростей по длине фильтра в обсыпке, то погрешность составляет до 40 %.

Прогрессивные технологии сооружения скважин

ТЕХНОЛОГИЯ НАМЫВА ГРАВИЙНОГО ФИЛЬТРА ПРИ УРАВНОВЕШЕННОМ ДАВЛЕНИИ

При сооружении гравийного фильтра необходимо поддержи­вать репрессию на пласт, при которой обеспечивается устойчи­вость стенок скважины и исключается поступление в обсыпку инородных примесей. С другой стороны, при намыве гравия в жидкостях-носителях, …

ИЗОЛЯЦИЯ ПЛАСТОВ

В процессе сооружения высокодебитных скважин различного назначения повышаются требования к изоляции пластов. Прони­цаемые пласты сложены обычно трещиноватыми или обломоч­ными породами, песками, цементирование которых традицион­ными методами затруднительно. В процессе бурения ствол …

ОПЕРАТИВНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕБИТА СКВАЖИН

В процессе сооружения, опробования или ремонта скважин часто необходимо оперативно определить дебит скважины, оце­нить гидродинамическое состояние околоскважинной зоны пла­ста, обсыпки и фильтра. Традиционно такие данные можно по­лучить при откачке, которая …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.