Башкатов А.Д. Прогрессивные технологии сооружения скважин

Подождите немного. Документ загружается.

521

Эксперименты показали, что задержание более мелких частиц

обеспечивается при заданных режимах эксплуатации и окатанно

сти гравия при четырех

пяти слоях гравия одного размера. На

основании этого значения коэффициентов надежности a

были

приняты равными пяти.

Процент ситового отсева, после которого размер частиц гра

вия соответствует среднему размеру частиц водоносного пласта,

умноженному на k

0ô

)

100 %;

DD k

−−

−

5(0, 35 (0, 35 0, 0008) )100 %

0, 35 0,168

3 %,

−⋅

−

(8.134)

где D

—

диаметр скважины; D

–

диаметр фильтра

каркаса.

Для экранирования песка водоносного пласта по всей поверх

ности необходимо иметь в обсыпке 3 % частиц размером

Процент ситового отсева, после которого размер частиц гра

вия соответствует размеру отверстий фильтра, определили по

формуле

(2)

1100 %;

DtD



+ −





















−









= −

(0,168 0,006) 0,168

0, 35 0,168

1 5 100 % 90 %.



+ −























−



= − =

(8.135)

Для экранирования фильтра

каркаса по всей поверхности и

предупреждения проникновения гравия внутрь скважины необ

ходимо иметь в обсыпке около 10 % частиц фракции, соответст

вующей ширине щели t

На основании полученного

;

Dkd=

40,1 0,4

= ⋅ =

мм

;

Dt==мм;

í903

kDD=

3,0 / 0, 4 7, 5,

k ==

где k

—

коэффициент неоднородности смеси.

В скважину установили фильтровую колонну с каркасом

фильтра. На высоте 10 м над верхними отверстиями фильтра

установили отклонитель, состоящий из трех труб длиной 1,5 м,

диаметром 0,08, наклоненных под углом 10° к оси фильтровой

колонны.

Гравийную смесь закачивали в нисходящем потоке при рас

522

ходе через каждую трубу отклонителя, определенном из фор

мулы (8.132) для турбулентного режима

1,5

îò ï ï

72 sin

96 2 3

;

DgD



πρ−ρη



















ρψ







1,5

7 0,08 2 2500 1000 9,8 0,003 0,156

96 0,006 3 1000 0,1

7,7 10

−



π−⋅⋅

























==⋅ м

/с.

Общий расход составлял 3 Q, т.е. 23,1 л/ с.

Расход, определенный из формулы (8.131), для ламинарного

режима составил

()

îò ï ï

îò ï

îò

1sin

;

DgD

πρ−ρη



ρψ





−













−

























()

0,08 1 2500 1000 9,8 0,003 0,156

1000 0,1

0,08 0,006

0,08

π⋅ − ⋅ ⋅





−









−



















7,83 10

−

= ⋅ м

/с.

Общий расход смеси составлял 3 Q, т.е. 23,5 л/ с.

Учитывая, что при расчетном расходе режим движения смеси

в отклонителе будет турбулентным, общий расход смеси выби

рался равным 23,1 л/ с.

Смесь закачали при комбинированной циркуляции в нисхо

дящем потоке при концентрациях гравия в воде около 5 % в те

чение 35 мин. В скважину было закачано 1,08 м

гравия. Каче

ство сооружения фильтра проверили. Для чего из скважины

подняли фильтровую колонну со специальными контрольными

устройствами, установленными у нижних, верхних отверстий

фильтра

каркаса и в середине каркаса фильтра. Остатки гравий

ной обсыпки удалили промывкой. Анализ проб показал посте

пенное уменьшение размера частиц гравия в фильтре от каркаса

фильтра в направлении стенок скважины. Данные анализа при

ведены ниже.

Интервал кольцевого пространства, м

........ 0,168–0,220 0,220–0,290 0,290–0,350

Размер гравия в пробе (в мм):

у нижних отверстий каркаса фильтра

... 2,1 1,5 0,9

в середине каркаса фильтра

....................... 2,1 1,5 0,95

у верхних отверстий фильтра

.................... 2,1 1,4 1,0

523

8.4.2. ТЕХНОЛОГИЯ НАМЫВА ГРАВИЙНОГО ФИЛЬТРА

ПРИ УРАВНОВЕШЕННОМ ДАВЛЕНИИ

При сооружении гравийного фильтра необходимо поддержи

вать репрессию на пласт, при которой обеспечивается устойчи

вость 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 поддержи

вать 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 рас

твора, при поглощении происходит кольматация прискважинной

зоны водоносного пласта, резко снижающая эффективность

строительства и эксплуатации скважины.

Рационально в процессе намыва гравия в интервал формиро

вания обсыпки обеспечивать такую репрессию на пласт, при ко

торой с одной стороны сохраняется устойчивость стенок сква

жины, с другой

—

минимизируется поглощение жидкости

носи

теля. Сооружение гравийного фильтра при таких режимах полу

чило название технологии намыва при уравновешенном давле

нии.

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. Реко

мендуемая величина репрессии для водоносных пластов разных

типов изменяется от 0,03 до 1,5 МПа. Обычно для каждой кон

кретной скважины необходимая репрессия может быть опреде

лена в процессе вскрытия водоносного пласта, расширения сква

жины в интервале формирования обсыпки или при промывке

перед закачкой гравия.

При нисходящей фильтрации жидкости

носителя через намы

тый слой гравия в фильтре по мере увеличения его высоты рас

тут фильтрационные сопротивления, потери напора при цирку

ляции, и соответственно

—

репрессия на водоносный пласт. По

этому основная сложность осуществления технологии намыва

гравийного фильтра при уравновешенном давлении заключается

в поддержании постоянной репрессии на пласт.

Для различных компоновок поверхностного оборудования ав

тором разработаны три принципиальные схемы поддержания

постоянной репрессии на пласт в процессе сооружения гравий

ного фильтра в скважине.

524

Согласно первой схеме, при закачке гравийной смеси в сква

жину насосами рекомендуется по мере увеличения высоты гра

вийного 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 осуще

ствляется изменением подачи насосов блока 26

а также треххо

дового 24

крана, от которого часть жидкости через сброс 25

по-

ступает в блок 35

отстойников. Давление в нагнетательной маги

страли, равное потерям напора при циркуляции, контролируется

манометром 20

íï

in im

pAB

















∑∑

(8.136)

где Q

—

подача жидкости

носителя при промывке;

–

коэф

фициент линейных сопротивлений;

–

коэффициент местных

сопротивлений; n

—

число линейных участков циркуляционной

системы поверхностная обвязка − скважина; m

—

число местных

сопротивлений циркуляционной системы поверхностная обвяз

ка

—

скважина.

После установления расчетной репрессии на пласт давление в

нагнетательной магистрали

регистрируют манометром 20

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 рас

четной концентрации блоком 26

насосов закачивается в интервал

формирования фильтра 11 через вспомогательную 2

колонну,

распределительный узел 16

и выпускные отверстия 7 к фильтро

вой 8

колонне. Гравий осаждается на забое, жидкость

носитель

фильтруется через слой гравийного фильтра 11

уплотняет его и

через контрольный 12

фильтр, водоподъемную 10

колонну, рас

пределительный узел 16

кольцевое пространство и сливную 23

магистраль поступает в блок 35

отстойников.

В процессе намыва гравийного фильтра 11

увеличиваются со

противление циркуляционному потоку, потери напора и репрес

сия на пласт

êï

;

in im

pAB







=++













∑∑

(8.137)

ò1

í1

êï

in im

pAB Q







=++













∑∑

(8.138)

где k

—

коэффициент турбулентной фильтрации; h

;

i+1

—

вы

Рис. 8.46. Схема поддержания постоянной репрессии на пласт при закачке гра-

вийной смеси насосами:

—

скважина; 2

—

вспомогательная колонна; 3

—

кольцевое пространство сква

жины; 4

—

обсадная колонна; 5

—

герметизирующий элемент; 6

—

нижний торец

герметизирующего элемента;

—

выпускные отверстия; 8

—

фильтровая колонна;

—

каркас

фильтра; 10

—

водоподъемная колонна; 11

—

гравийный фильтр; 12

–

контрольный фильтр; 13

—

отстойник; 14

—

сваб; 15

—

каверна; 16

—

распреде

лительный узел; 17

–

датчик давления; 18

—

канал связи; 19

–

манометры;

—

расходомер; 22

—

нагнетательная магистраль; 23

—

сливная магистраль;

—

трехходовый кран; 25

—

сброс; 26

—

блок насосов; 27

—

бункер; 28

–

гра

вий; 29

—

транспортер; 30

—

смеситель; 31

—

центробежный насос; 32

—

всасы

вающий шланг; 33, 34

—

фильтры; 35

—

блок отстойников

526

сота гравийного фильтра соответственно в i

ый и i

+1-

ый мо

менты времени; w

кп

—

площадь поперечного сечения гравийного

фильтра; Q

i+1

—

подача гравийной смеси соответственно в

ый и i

+1-

ый моменты времени.

Для поддержания постоянной репрессии на пласт с увеличе

нием высоты гравийного уменьшают расход гравийной смеси,

обеспечивающий снижение потерь напора на величину дополни

тельных потерь напора в гравийном фильтре 11

Изменение рас

хода смеси, обеспечивающего постоянное давление в нагнета

тельной 22

магистрали,

ò1

êï

in im

∑∑

(8.139)

Сумма коэффициентов линейных и местных сопротивлений в

циркуляционной системе

in im

∑∑

может быть выражена со

гласно формуле (8.136) через расход смеси в процессе промывки

и давления в нагнетательной 22

магистрали

in im

∑∑

(8.140)

Высота гравийного фильтра, намываемого за время t между

i + 1 и i

ым интервалом, может быть выражена через объем зака

чанного в скважину гравия в единицу времени между интерва

лами i и i

+ 1

êï

h =

(8.141)

где w

—

объем закачанного гравия с момента i по момент i

+ 1.

Учитывая равенства (8.139) и ( 8.140) и ( 8.141), получаем вы

ражение для определения величины абсолютного изменения

расхода смеси в единицу времени с i по i

+ 1

1íïêï

íêï ò ï íêï ò 1ï

pw khQ pw kh Q

QQpQw











−













= −

(8.142)

Уравнение ( 8.142) устанавливает связь между величиной рас

хода смеси в процессе сооружения фильтра и объемом закачан

ного в скважину гравия. В этом случае высота гравийного

фильтра в формуле ( 8.142) выражается через объем закачанного

527

гравия w

и площадь поперечного сечения гравийного фильтра

кп

Об окончании гравийной засыпки свидетельствует резкое по

вышение давления в нагнетательной магистрали, вызванное пе

рекрытием выпускных отверстий фильтровой колонны гравием.

За время закачки расход смеси уменьшается по сравнению с на

чальным согласно выражению

òï

íêï

khQ

(8.143)

где Q

–

подача в момент окончания закачки; Q

—

подача при

промывке;

—

средний коэффициент турбулентной фильтра

ции обсыпки; h

—

высота гравийного фильтра.

При малых глубинах скважин и давлениях нагнетания менее

0,7 МПа; с целью устранения непосредственного контакта абра

зивных частиц с гидравлической частью насоса в нагнетательной

магистрали в процессе закачки гравия может быть установлен

эжекторный смеситель. При установке в нагнетательной маги-

страли 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 истече

ния струи. Давление в нагнетательной магистрали уменьшается

по мере сооружения фильтра путем уменьшения расхода жид

кости

носителя, проходящего через сопло эжекторного смесителя

в поверхностной обвязке (рис. 8.47).

В процессе сооружения гравийного 10

фильтра увеличивается

сопротивление циркуляционному потоку в скважине, приводя

щее к увеличению потерь напора и соответственно к увеличению

репрессии.

Для поддержания требуемой репрессии на пласт в процессе

закачки в единицу времени уменьшают расход жидкости

носи

теля, проходящей через сопло 21

эжекторного смесителя 20

на

величину

in im

∑∑

(8.144)

где Q

i+1

—

расход жидкости

носителя через эжекторный сме

528

Рис. 8.47. Схема поддержания постоянной репрессии на пласт при закачке гра-

вийной смеси через эжекторный смеситель:

—

скважина; 2

—

вспомогательная колонна; 3

—

эксплуатационная колонна; 4

—

кольцевое пространство скважины; 5

—

распределительный узел; 6

—

водо

подъемная 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;

—

герметизирующий элемент; 17

—

сливная магистраль; 18

—

бункер; 19

—

диффузор; 20

—

эжекторный смеситель; 21

—

сопло; 22

—

гравий; 23

—

нагне

тательная магистраль; 24

—

буровой насос; 25

—

всасывающий патрубок насоса;

—

отстойник

ситель соответственно в i+1 и i моменты времени;

—

коэффи-

циент турбулентной фильтрации гравия; h

—

высота гравийного

фильтра, намываемого в единицу времени между i и i+1 момен-

тами.

По мере увеличения высоты гравийного фильтра расход жид-

кости

носителя постепенно уменьшают до величины

529

òp

in im

∑∑

(8.145)

где h

—

расчетная высота гравийного фильтра, через который

фильтруется нисходящий поток жидкости

носителя.

При больших объемах работ снижение подачи гравийной сме-

си не может быть рекомендовано вследствие повышенных затрат

времени на сооружение гравийного фильтра в скважине. В этом

случае целесообразно использовать третью схему намыва фильт-

ра при уравновешенном давлении, согласно которой в на

гнетательной магистрали на поверхности между насосом, кото

рым закачивается смесь, и скважиной устанавливают блок сопро

тивления (рис.

8.48).

Как правило, для поддержания устойчивости стенок сква

жины достаточна репрессия на пласт 0,03

—

0,05 МПа. В процессе

промывки перепад давления на блоке 23

сопротивления устанав

ливают таким образом, чтобы величина репрессии на пласт, ре

гистрируемая манометром 20

составила 0,03

—

0,05 МПа. Вели

чина репрессии на пласт равна разнице показаний манометра 20

до промывки и в текущий момент времени.

Увеличение сопротивления в поверхностной обвязке и соот

ветственно 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 увели

чивается, а с уменьшением расхода

—

снижается. Изменение со

противления и потерь напора в поверхностной обвязке может

обеспечиваться с помощью блока сопротивления, представлен

ного, например, последовательно соединенными вентилями 22

После установки репрессии на пласт 0,03

—

0,05 МПа, которая

фиксируется показаниями манометра 20

измеряющего избыточ

ное по отношению к давлению до промывки давление на пласт,

начинают закачку гравия. Гравиепитатель 26

подает гравий в

смеситель, где приготавливается гравийная смесь заданной кон

центрации. Блоком 25

насосов гравийная смесь из смесителя че

рез блок 23

сопротивления подается во вспомогательную ко

лонну и распределительный узел, из которого поступает в интер

вал формирования фильтра 11, где гравий откладывается, а жид

кость

носитель фильтруется через слой уже отложившегося гра

вия и контрольный фильтр и по водоподъемной колонне через

Рис. 8.48. Схема поддержания постоянной репрессии на пласт при закачке гра-

вийной смеси через блок сопротивления:

—

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 фор-

мирования гравийного фильтра; 12

—

гравийный фильтр; 13

—

сваб; 14

—

кон-

трольный фильтр; 15

—

отстойник; 16

—

выпускные отверстия; 17

—

выпускные

каналы распределительного узла; 18

—

датчик давления; 19

—

канал связи; 20,

—

манометры; 22

—

вентиль; 23

—

блок сопротивления; 24

—

сливная магист-

раль; 25

—

блок насосов; 26

—

гравиепитатель; 27

—

смеситель; 28

—

центробеж-

ный насос; 29

—

всасывающая магистраль; 30

—

блок отстойников; 31, 32

—

фильтры