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, представленных вязкими водогипановыми, полимерными и другими растворами, целесообразно поддерживать такую репрессию на пласт, при которой минимизируется поглощение. В случае отличия химического состава жидкости - носителя от пластовой воды, что характерно при использовании компонентов, повышающих вязкость и несущую способность раствора, при поглощении происходит кольматация прискважинной зоны водоносного пласта, резко снижающая эффективность строительства и эксплуатации скважины.
Рационально в процессе намыва гравия в интервал формирования обсыпки обеспечивать такую репрессию на пласт, при которой с одной стороны сохраняется устойчивость стенок скважины, с другой — минимизируется поглощение жидкости-носителя. Сооружение гравийного фильтра при таких режимах получило название технологии намыва при уравновешенном давлении.
Под уравновешенным давлением понимают такую репрессию на водоносный пласт, при которой обеспечивается устойчивость стенок скважины и минимизируется поглощение. Как правило, величина репрессии соответствует пластовому давлению. Рекомендуемая величина репрессии для водоносных пластов разных типов изменяется от 0,03 до 1,5 МПа. Обычно для каждой конкретной скважины необходимая репрессия может быть определена в процессе вскрытия водоносного пласта, расширения скважины в интервале формирования обсыпки или при промывке перед закачкой гравия.
При нисходящей фильтрации жидкости-носителя через намытый слой гравия в фильтре по мере увеличения его высоты растут фильтрационные сопротивления, потери напора при циркуляции, и соответственно — репрессия на водоносный пласт. Поэтому основная сложность осуществления технологии намыва гравийного фильтра при уравновешенном давлении заключается в поддержании постоянной репрессии на пласт.
Для различных компоновок поверхностного оборудования автором разработаны три принципиальные схемы поддержания постоянной репрессии на пласт в процессе сооружения гравийного фильтра в скважине.
Согласно первой схеме, при закачке гравийной смеси в скважину насосами рекомендуется по мере увеличения высоты гравийного фильтра уменьшать расход смеси, снижая тем самым потери напора при циркуляции на величину, компенсирующую увеличение потерь напора в гравийном фильтре (рис. 8.46).
Регулировка расхода в нагнетательной 22 магистрали осуществляется изменением подачи насосов блока 26, а также трехходового 24 крана, от которого часть жидкости через сброс 25 поступает в блок 35 отстойников. Давление в нагнетательной магистрали, равное потерям напора при циркуляции, контролируется манометром 20
|
А ї |
|
Е A Г =1 |
|
Е в Г =1 |
|
(8.136) |
|
Р н = |
Где Q — подача жидкости-носителя при промывке; А - коэффициент линейных сопротивлений; В - коэффициент местных сопротивлений; N — число линейных участков циркуляционной системы поверхностная обвязка - скважина; M — число местных сопротивлений циркуляционной системы поверхностная обвязка — скважина.
После установления расчетной репрессии на пласт давление в нагнетательной магистрали рн регистрируют манометром 20, а расход Q — расходомером 21 и начинают закачку гравия 28. Из бункера 27 с помощью транспортера 29 гравий 28 поступает в смеситель 30. Приготовленная в смесителе гравийная смесь расчетной концентрации блоком 26 насосов закачивается в интервал 23 формирования фильтра 11 через вспомогательную 2 колонну, распределительный узел 16 и выпускные отверстия 7 к фильтровой 8 колонне. Гравий осаждается на забое, жидкость-носитель фильтруется через слой гравийного фильтра 11, уплотняет его и через контрольный 12 фильтр, водоподъемную 10 колонну, распределительный узел 16, кольцевое пространство и сливную 23 Магистраль поступает в блок 35 отстойников.
В процессе намыва гравийного фильтра 11 увеличиваются сопротивление циркуляционному потоку, потери напора и репрессия на пласт
Г=n г=m и h
|
Ql; |
|
(8.137) |
|
P Н = |
Е A + Е в +^
|
K Т ИГ |
|
Т Иг +1 |
|
Qi2+1, |
|
(8.138) |
|
Р Н = |
Е A + Е B
|
Вы- |
Где ит — коэффициент турбулентной фильтрации; кг; кг-
524
|
Рис. 8.46. Схема поддержания постоянной репрессии на пласт при закачке гравийной смеси насосами: 1 — скважина; 2 — вспомогательная колонна; 3 — кольцевое пространство скважины; 4 — обсадная колонна; 5 — герметизирующий элемент; 6 — нижний торец герметизирующего элемента; 7 — выпускные отверстия; 8 — фильтровая колонна; 9 — каркас-фильтра; 10 — водоподъемная колонна; 11 — гравийный фильтр; 12 - контрольный фильтр; 13 — отстойник; 14 — сваб; 15 — каверна; 16 — распределительный узел; 17 - датчик давления; 18 — канал связи; 19, 20 - манометры; 21 — расходомер; 22 — нагнетательная магистраль; 23 — сливная магистраль; 24 — трехходовый кран; 25 — сброс; 26 — блок насосов; 27 — бункер; 28 - гравий; 29 — транспортер; 30 — смеситель; 31 — центробежный насос; 32 — всасывающий шланг; 33, 34 — фильтры; 35 — блок отстойников |
Сота гравийного фильтра соответственно в i-ый и i+1-ый моменты времени; ®кп — площадь поперечного сечения гравийного фильтра; ft-, QJ+t — подача гравийной смеси соответственно в i-ый и i+1-ый моменты времени.
Для поддержания постоянной репрессии на пласт с увеличением высоты гравийного уменьшают расход гравийной смеси, обеспечивающий снижение потерь напора на величину дополнительных потерь напора в гравийном фильтре 11. Изменение расхода смеси, обеспечивающего постоянное давление в нагнетательной 22 магистрали,
|
£ A + £ B I =1 I =1 |
|
Qi _ Qi +1 |
|
£ a + £ B |
K T hI +1
Сумма коэффициентов линейных и местных сопротивлений в
I=n i=m
Циркуляционной системе £ A + £ B может быть выражена со-
I =1 I =1
Гласно формуле (8.136) через расход смеси в процессе промывки Q и давления в нагнетательной 22 магистрали рн
I=n i=m p
£ A + £ B = p-. (8.140)
I =1 I =1 Qn
Высота гравийного фильтра, намываемого за время T между I + 1 и i-ым интервалом, может быть выражена через объем закачанного в скважину гравия в единицу времени между интервалами I и I + 1
H = —, (8.141)
W кп
Где W — объем закачанного гравия с момента I по момент I + 1.
|
. (8.142) |
Учитывая равенства (8.139) и (8.140) и (8.141), получаем выражение для определения величины абсолютного изменения расхода смеси в единицу времени с I по I + 1
1
PHW КП + KTHIQN pHw кп + K ThI +1Q П )
Уравнение (8.142) устанавливает связь между величиной расхода смеси в процессе сооружения фильтра и объемом закачанного в скважину гравия. В этом случае высота гравийного фильтра в формуле (8.142) выражается через объем закачанного
526
Гравия W и площадь поперечного сечения гравийного фильтра
®кп.
Об окончании гравийной засыпки свидетельствует резкое повышение давления в нагнетательной магистрали, вызванное перекрытием выпускных отверстий фильтровой колонны гравием. За время закачки расход смеси уменьшается по сравнению с начальным согласно выражению
Qk = , Q_n 2, (8.143)
Rw
V P»w КП
Где Qk - подача в момент окончания закачки; Q — подача при промывке; KТ — средний коэффициент турбулентной фильтрации обсыпки; H — высота гравийного фильтра.
При малых глубинах скважин и давлениях нагнетания менее 0,7 МПа; с целью устранения непосредственного контакта абразивных частиц с гидравлической частью насоса в нагнетательной магистрали в процессе закачки гравия может быть установлен эжекторный смеситель. При установке в нагнетательной магистрали между насосом и скважиной эжекторного смесителя методика поддержания постоянной репрессии на пласт несколько отличается от методики, предложенной для схемы закачки смеси насосами при уравновешенном давлении. Отличие заключается в том, что давление нагнетания в случае установки эжекторного смесителя после сопла определяется квадратом скорости истечения струи. Давление в нагнетательной магистрали уменьшается по мере сооружения фильтра путем уменьшения расхода жидкости-носителя, проходящего через сопло эжекторного смесителя в поверхностной обвязке (рис. 8.47).
В процессе сооружения гравийного 10 фильтра увеличивается сопротивление циркуляционному потоку в скважине, приводящее к увеличению потерь напора и соответственно к увеличению репрессии.
Для поддержания требуемой репрессии на пласт в процессе закачки в единицу времени уменьшают расход жидкости-носителя, проходящей через сопло 21 эжекторного смесителя 20 на величину
QI =i = , QI - , (8.144)
K,rh
I + -
W - + Е a + Е в
2w - г =i г=i
Где Q1+1, Qj — расход жидкости-носителя через эжекторный сме-
527
Ситель соответственно в I+1 и І моменты времени; KТ — коэффициент турбулентной фильтрации гравия; H — высота гравийного фильтра, намываемого в единицу времени между I и i+1 моментами.
По мере увеличения высоты гравийного фильтра расход жидкости-носителя постепенно уменьшают до величины
|
14 15 16 17 |
|
Рис. 8.47. Схема поддержания постоянной репрессии на пласт при закачке гравийной смеси через эжекторный смеситель: 1 — скважина; 2 — вспомогательная колонна; 3 — эксплуатационная колонна; 4 — Кольцевое пространство скважины; 5 — распределительный узел; 6 — водоподъемная колонна; 7 — фильтровая колонна; 8 — каркас фильтра; 9 — уровень намываемого фильтра; 10 — гравийный фильтр; 11 — закачные отверстия; 12 — Кондуктор; 13 — датчик давления; 14 — манометр; 15 — регистратор давления; 16 — герметизирующий элемент; 17 — сливная магистраль; 18 — бункер; 19 — Диффузор; 20 — эжекторный смеситель; 21 — сопло; 22 — гравий; 23 — нагнетательная магистраль; 24 — буровой насос; 25 — всасывающий патрубок насоса; 26 — отстойник |
528
Qn_ , (8.145)
1 + -
A + £ Л + £ в
2W c i=1 I =1
Где hp — расчетная высота гравийного фильтра, через который фильтруется нисходящий поток жидкости-носителя.
При больших объемах работ снижение подачи гравийной смеси не может быть рекомендовано вследствие повышенных затрат времени на сооружение гравийного фильтра в скважине. В этом случае целесообразно использовать третью схему намыва фильтра при уравновешенном давлении, согласно которой в нагнетательной магистрали на поверхности между насосом, которым закачивается смесь, и скважиной устанавливают блок сопротивления (рис. 8.48).
Как правило, для поддержания устойчивости стенок скважины достаточна репрессия на пласт 0,03—0,05 МПа. В процессе промывки перепад давления на блоке 23 сопротивления устанавливают таким образом, чтобы величина репрессии на пласт, регистрируемая манометром 20, составила 0,03—0,05 МПа. Величина репрессии на пласт равна разнице показаний манометра 20 До промывки и в текущий момент времени.
Увеличение сопротивления в поверхностной обвязке и соответственно потерь напора на блоке 23 сопротивления приводит к увеличению давления в нагнетательной магистрали и репресии на пласт. Уменьшение сопротивления в поверхностной обвязке и потерь напора на блоке 23 приводит к уменьшению давления в нагнетательной магистрали и соответственно репрессии на пласт. С ростом расхода промывки величина репрессии на пласт увеличивается, а с уменьшением расхода — снижается. Изменение сопротивления и потерь напора в поверхностной обвязке может обеспечиваться с помощью блока сопротивления, представленного, например, последовательно соединенными вентилями 22.
После установки репрессии на пласт 0,03—0,05 МПа, которая фиксируется показаниями манометра 20, измеряющего избыточное по отношению к давлению до промывки давление на пласт, начинают закачку гравия. Гравиепитатель 26 подает гравий в смеситель, где приготавливается гравийная смесь заданной концентрации. Блоком 25 насосов гравийная смесь из смесителя через блок 23 сопротивления подается во вспомогательную колонну и распределительный узел, из которого поступает в интервал формирования фильтра 11, где гравий откладывается, а жидкость-носитель фильтруется через слой уже отложившегося гравия и контрольный фильтр и по водоподъемной колонне через
|
Q к = |
529
|
Рис. 8.48. Схема поддержания постоянной репрессии на пласт при закачке гравийной смеси через блок сопротивления: 1 — скважина; 2 — эксплуатационная колонна; 3 — вспомогательная колонна; 4 — Кольцевое пространство скважины; 5 — герметизирующий элемент; 6 — нижний торец герметизирующего элемента; 7 — распределительный узел; 8 — фильтровая колонна; 9 — водоподъемная колонна; 10 — каркас фильтра; 11 — интервал формирования гравийного фильтра; 12 — гравийный фильтр; 13 — сваб; 14 — контрольный фильтр; 15 — отстойник; 16 — выпускные отверстия; 17 — выпускные каналы распределительного узла; 18 — датчик давления; 19 — канал связи; 20, 21 — манометры; 22 — вентиль; 23 — блок сопротивления; 24 — сливная магистраль; 25 — блок насосов; 26 — гравиепитатель; 27 — смеситель; 28 — центробежный насос; 29 — всасывающая магистраль; 30 — блок отстойников; 31, 32 — Фильтры |
Распределительный узел 7 и кольцевое пространство скважины между вспомогательной 3 и эксплуатационной 2 колоннами поднимается на поверхность, откуда через сливную 24 магистраль поступает в блок 30 отстойников.
В процессе закачки высота гравийного фильтра 12 увеличивается, возрастают сопротивления фильтрации жидкости через слой уже отложившегося гравия, потери напора при циркуляции и величина репрессии на пласт. При достижении репрессии на пласт верхнего допустимого предела 0,05 МПа уменьшают потери напора при циркуляции за счет уменьшения сопротивления потоку в блоке 23 сопротивления при постепенном открытии вентилей 22. Уменьшение перепада давления на блоке 23 сопротивления осуществляют до тех пор, пока величина репрессии на пласт не достигнет нижнего допустимого предела 0,03 МПа, фиксируемого манометром 20.
В процессе закачки за счет увеличения высоты гравийного фильтра 12 увеличиваются потери напора в нем и соответственно репрессия на пласт. Для стабилизации перепада давления на пласт уменьшают перепад давления на блоке 25 сопротивления до нижнего допустимого предела и т. д. Таким образом, увеличение потерь напора при циркуляции за счет образования гравийного фильтра 12 в процессе закачки компенсируется уменьшением потерь напора в поверхностной обвязке на блоке 23 сопротивления, а величина репрессии на пласт поддерживается постоянной в допустимом интервале 0,03—0,05 МПа.
