Прогрессивные технологии сооружения скважин

ТЕХНОЛОГИЯ НАМЫВА ГРАВИЙНОГО ФИЛЬТРА ПРИ ПОГЛОЩЕНИИ ЖИДКОСТИ-НОСИТЕЛЯ

В процессе сооружения гравийного фильтра может наблю­даться частичное или полное поглощение жидкости-носителя пластом. В отечественной практике утвердилось мнение, что по­глощение при намыве гравия - явление негативное, приводящее к кольматации пласта и как следствие — к резкому снижению эффективности эксплуатации скважины. Некоторыми ведущими зарубежными фирмами, специализирующимися на технологии заканчивания скважин, рекомендуется намывать гравийный фильтр при частичном или полном поглощении жидкости-носи­теля, причем с каждым годом объем этих работ увеличивается.

Намыв гравийного фильтра при сбалансированном давлении во многих случаях, особенно при значительной толщине гравий­ного слоя, высоких расходах смеси и кавернозности ствола сква­жины, не обеспечивает равномерной по плотности укладки час-

Тиц в обсыпке. Дело в том, что жидкость-носитель фильтруется преимущественно вблизи каркаса фильтра, в связи с чем там об­разуется наиболее компактный и качественный слой гравия. В периферийной области фильтра, которая непосредственно кон­тактирует с песком пласта, возможна разуплотненная укладка частиц, а иногда и образование пустот. При оборудовании неф­тяных и газовых скважин в интервале продуктивного пласта перфорированной колонной считается, что технологии намыва гравия в перфорационные каналы при полном поглощении жид­кости-носителя — единственно приемлемая.

В практике сооружения гидрогеологических скважин конст­рукции, предусматривающие спуск в интервал водоносного пла­ста обсадной колонны, ее цементацию и последующую перфора­цию, не используются. Однако при расширении скважин на воду механическими эксцентриковыми, а особенно гидромониторными расширителями, диаметр ствола в интервале формирования фильтра может быть крайне неравномерным и возможно образо­вание каналов, по форме напоминающих перфорационные. Каче­ственное, компактное заполнение таких интервалов гравием при использовании традиционных методов намыва фильтра не обес­печивается. Интервалы увеличения диаметра скважины либо частично, либо совсем не заполняются гравием. Учитывая, что обычно эти интервалы наиболее проницаемые и обильные, не­возможность их заполнения гравием, несмотря на предупрежде­ние пескования, приводит к обрушению кровли канала, сниже­нию удельных дебитов и долговечности эксплуатации.

Технология намыва гравия в скважину при поглощении жид­кости-носителя отрабатывалась преимущественно в двух направ­лениях:

Улучшение качества периферийной части гравийного фильтра, непосредственно контактирующей с песком водоносного пласта;

Увеличение проницаемости прифильтровой зоны скважины в процессе закачки.

При поглощении жидкости-носителя водоносным пластом гравийные частицы откладываются не только на забое скважины, но и на ее стенках. Частицы увлекаются фильтрационным пото­ком и прижимаются сначала к стенкам скважины, а затем уже к намытому гравийному слою. Таким образом, в процессе погло­щения жидкости-носителя обеспечивается экранирование грави­ем песка водоносного пласта по всей поверхности скважины в интервале формирования фильтра независимо от ее формы. Под влиянием давления фильтрационного потока частицы укладыва­ются компактно и пустот не образуется.

Применение технологии намыва гравийного фильтра при по-

Глощении жидкости-носителя позволяет задержать песок водо­носного пласта по внешнему контуру гравийной обсыпки, так как пористость фильтра на границе с песком соответствует рас­четным значениям. Исключение проникновения песка в гравий­ный фильтр в начальный момент эксплуатации позволяет обес­печить более высокую проницаемость гравийного слоя, а следо­вательно, и более высокий дебит скважины и достоверное опре­деление параметров пласта. Достоинство технологии — формиро­вание наиболее качественного фильтра напротив самых обиль­ных интервалов пласта. Как правило, в таких интервалах диа­метр скважины вследствие естественного кавернообразования и слабых связей частиц песка между собой увеличивается, что ос­ложняет его качественное заполнение по традиционной техноло­гии. В случае поглощения, фильтрационный поток через наибо­лее обильные интервалы преобладает, что обусловливает более высокое фильтрационное давление на намываемый слой гравия, а следовательно, и более компактную и качественную укладку частиц.

Необходимым условием применения технологии намыва гра­вийного фильтра при поглощении жидкости-носителя считается использование при оборудовании скважин на воду в качестве жидкости-носителя воды химического состава, соответствующего составу подземных вод. При нарушении этого условия может возникать необратимая кольматация водоносного пласта.

Улучшение фильтрационных характеристик околоскважинной зоны водоносного пласта может быть достигнуто в процессе на­мыва фильтра при поглощении жидкости-носителя за счет уда­ления на периферийные участки наиболее мелких частиц и фор­мирования естественного фильтра. Фильтрационный поток мо­жет увлекать частицы гидравлической крупности меньшей ско­рости фильтрации на данном участке. Итак, наиболее крупные частицы песка пласта остаются, а более мелкие уносятся от скважины и откладываются на удалении, где скорость фильтра­ции уменьшается до значений гидравлической крупности миг­рирующей частицы. Наиболее эффективно формирование естест­венного фильтра в самых обильных интервалах пласта, где на­блюдаются высокие скорости фильтрации. При выносе мелких частиц песка из околоскважинной зоны пористость пласта уве­личивается, так как более мелкие частицы замещаются более крупными и песок становится более однородным, что также спо­собствует повышению коэффициента фильтрации.

В процессе формирования естественного фильтра необходимо предотвратить поступление мелких частиц, унесенных из около­скважинной зоны в процессе намыва фильтра, обратно в про-

Цессе откачки. Для этого рекомендуется осуществлять закачку смеси с расходом поглощения большим, чем проектный дебит скважины. В случае сложности обеспечения высоких расходов поглощения при ограниченной мощности насосного оборудова­ния рекомендуется эксплуатировать скважину при ограниченном понижении.

Особенность данного способа оборудования скважины — рез­кое снижение дебитов скважины при эксплуатации на начальном этапе с расходом близким или большим расхода поглощения при закачке гравийной смеси. В этом случае мелкие фракции опять возвращаются в прифильтровую зону, увеличивается сопротив­ление фильтрационному потоку и дальнейшая эксплуатация ста­новится менее выгодной.

Наиболее эффективно идет процесс формирования зоны по­вышенной проницаемости вблизи скважины при наличии раз­грузки. Обычно в гидрогеологических исследованиях функцию разгрузки при оборудовании откачной скважины гравийным фильтром могут выполнять близлежащие наблюдательные сква­жины (рис. 8.49).

Водоносный пласт. Откачные скважины бурили до кровли во­доносного пласта, который залегал на 170-180 м, и закрепляли

Интервал до устья обсадной колонной диаметром от 168 до 273 мм. Водоносный пласт вскрывали с промывкой чистой во­дой. После проведения геофизических исследований установлен­ный интервал установки фильтра увеличивали расширителями комбинированного действия гидромониторной струи и эксцен­тричной породоразрушающей лопасти. Необходимость примене­ния расширителей такого типа была обусловлена ярко выражен­ной неоднородностью водоносного пласта по фильтрационным свойствам. В водообильных интервалах пласта, где связи между частицами песка наименее прочные, диаметр скважины после расширения резко увеличивается по отношению к менее водо - обильным интервалам. Таким образом, в процессе расширения создается равновесная гидродинамическая и суффозионная об­становка по поверхности скважины в интервале водоносного пласта.

В скважину устанавливают фильтр впотай с устройством для намыва гравия УГФ-П с предварительно загерметизированными выпускными отверстиями. Кольцевое пространство между фильтровой и обсадной колонной герметизируется пакером. После установки фильтра и приведения пакера в рабочее состоя­ние в скважину закачивают гравийную смесь. Для закачки гра­вийной смеси при больших давлениях рекомендуется использо­вать цементировочные агрегаты. Гравий компактно укладывался в фильтре, а жидкость-носитель поглощалась водоносным пла­стом. Разгрузка потока осуществлялась через наблюдательные скважины, расположенные в 10—15 м от откачной. Наблюдатель­ные скважины при первоначальном статическом уровне 100 м в процессе закачки гравийной смеси в откачную скважину фонта­нировали.

Из прифильтровой зоны водоносного пласта откачной сква­жины мелкие фракции мигрировали к периферии, т. е. к области разгрузки, образуя высокопроницаемые фильтрационные каналы, которые вблизи скважины заполнялись гравием. Итак, при за­качке смеси при больших давлениях нагнетания и полном по­глощении жидкости-носителя получили эффект, аналогичный гидравлическому разрыву пласта. Однако учитывая, что в песках гидравлический разрыв не наблюдается, этот эффект по своему смыслу следует называть фильтрационным размывом пласта.

После заполнения гравием расчетной полости инструмент в откачной скважине приподняли на 5—10 м. В дальнейшем его использовали для подачи воздуха от компрессора в скважину и производства лифтной откачки. После оборудования скважины гравийным фильтром при полном поглощении жидкости-носи­теля малая доля инородных примесей все же поступает в водо-

535

Носный пласт за счет обогащения смеси в процессе транспорти­ровки в циркуляционной системе или вследствие низкого каче­ства очистки жидкости-носителя. С целью снижения негативного явления, связанного с осаждением инородных, преимущественно глинистых примесей в порах водоносного пласта, целесообразно после окончания работ по намыву гравийного фильтра сразу провести откачку.

Использование специально разработанного инструмента для намыва гравия позволяет исключить дополнительные затраты времени на подъем инструмента и монтаж эрлифта и провести откачку сразу после завершения сооружения фильтра. Последняя модификация инструмента для намыва гравия предусматривает его использование при подъеме в качестве водоструйного насоса. В этом случае исключается необходимость использования ком­прессора при проведении откачки, которая осуществляется при поверхностной обвязке, используемой для намыва гравия.

Оборудование гравийных фильтров по предложенной техно­логии намыва при полном поглощении жидкости-носителя и на­личии разгрузки фильтрационного потока позволило предотвра­тить пескование в скважинах, оборудование которых традицион­ными методами не позволило достичь желаемого результата. Де - биты скважин соответствовали дебитам бесфильтровых скважин, которые непрерывно песковали.