Способ сооружения гравийного фильтра в скважине Советский патент 1989 года по МПК E21B43/04 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при сооружении гравийного фильтра в скважине.

Цель изобретения - повышение эффективности процессов сооружения и эксплуатации гравийного фильтра.

На чертеже представлена схема закачки гравия в сдважину.

При сооружении гравийных фильтров в скважине наиболее часто встречаются осложнения, связанные с одной стороны с обрушением стенок скважины в процессе закачки, перемешиванием гравия с песком продуктивного пласта, резким снижением проницаемости гравийного фильтра и ухудшением эксплуатационных характеристик скважины, а с другой стороны - с рыхлым сложением частиц гравия в фильтре, образованием открытых каналов и пустот, длительным пескованием скважины при откачке и снижением проницаемости гравийного фильтра.

Исследованиями доказано, что при устойчивом стволе скважины в процессе закачки методом комбинированной циркуляции при предварительной промывке скважины и инструмента, очистке жид- кости-носителя на поверхности в гравийный фильтр может попадать до 2% инородных примесей, преимущественно песка продуктивного пласта за счет эффекта шелушения стенок скважины, что приводит к снижению коэффициента турбулентной фильтрации гравия в

Јь

CD 05 ГО

оэ

фильтре до 5% по отношению к расчетному коэффициенту турбулентной фильтрации гравия, используемого для закачки. При обрушении стенок скважины, связанньгм с недостаточной репрессией на пласт в процессе закачки, в гравийный фильтр попадает большое количество инородных примесей, что приводит к резкому снижению коэффици- ента турбулентной фильтрации намываемого слоя гравия. При рыхлом сложении частиц гравия в фильтре жидкость- носитель фильтруется только по нескольким каналам и пустотам, т„е. в областях, где сопротивление фильтрационному потоку минимальное. Установлено, что при фильтрации жидкости- носителя не по всей площади.поперечного сечения фильтра, связанной с не- равномерным по плотности формированием фильтра, коэффициент турбулентной фильтрации увеличивается и ухудшается качество фильтра. Равномерное по плотн ости сложение частиц в филь- тре обеспечивает равномерный нисходящий фильтрационный поток по всей площади поперечного сечения фильтра и поддержание текущих значений коэффициента турбулентной фильтрации намы- ваемого гравия, соответствующих расчетным значениям. Увеличение текущих значений коэффициента турбулентной фильтрации гравия в намываемом фильтре за счет несоосной установки филь- тровой колонны в скважине по отношению к расчетным значениям при компактной укладке гравия может достигать 5%. Учитывая, что допускаемая погрешность при определении параметров в процессе закачки составляет 5%,очевидно, что нормальный процесс сооружения гравийного фильтра в скважине обеспечивается при поддержании текущих значений коэффициента турбулент- ной фильтрации гравия намываемого фильтра в пределах 0,9-1,1 от расчетных значений. Уменьшение коэффициента турбулентной фильтрации до значений меньших 0,9 расчетных значе- ний связано с обрушением стенок скважины при недостаточной репрессии на пласт. Для стабилизации процесса сооружения фильтра необходимо увеличить репрессию на пласт. С увеличением ре- прессии на пласт повышается устойчивость стенок скважины, уменьшается, а затем исключается возможность попадания в фильтр инородных примесей.

Текущие значения коэффициента турбулентной фильтрации намываемого слоя гравийной обсыпки увеличиваются до расчетных значений. При увеличении коэффициента турбулентной фильтрации намываемого слоя гравия более чем в 1,1 расчетных значений уплотняют гравийную обсыпку гидравлическим или механическим импульсным воздействием на гравий, а значения текущих значений коэффициента турбулентной фильтрации намываемого слоя гравия по мере уплотнения уменьшаются до расчетных значений. В этой связи в процессе сооружения фильтра обеспечивается возможность оперативного контроля за осложнениями и выработке мероприятий по их устранению. Для .прогноза проектной производительности скважины, а также оценки величины погрешности при определении параметров пласта важно знать сопротивление фильтрао Обычно сопротивление фильтра определяется в процессе откачки при изучении характера потерь напора в поперечном сечении гравийного фильтра с помощью пьезометров. Однако такой метод оценки сопротивления фильтра сложен и требует дополнительных затрат времени и средст При сооружении гравийного фильтра в предлагаемом способе контролируется коэффициент турбулентной фильтрации гравия в намываемом слое обсыпки и появляется возможность определения сопротивления фильтра непосредственно в процессе закачки.

Способ осуществляют следующим образом,

В процессе бурения и исследования скважины 1 определяют гранулометрический состав песка 2 продуктивного пласта и выбирают гранулометрический состав гравия 3 согласно условию

,

где D - средний диаметр частиц гравия;

d - средний диаметр частиц песка k - коэффициент межслойности, раный 6-10 и тип жидкости носителя.

В скважину 1 устанавливают фильтровую колонну 4 с основным 5 и дополнительным 6 фильтрами, остойником 7. Кольцевое пространство 8 скважины 1 герметизируют элементы 9. Внутрь фильтровой колонны 2 на вспомога рактеру вскрытия, эксплуатационные характеристики скважины и погрешность при определении параметров пласта.

Пример. В процессе исследований в скважине определили гранулометрический состав песка водоносного пласта и интервал формирования фильтра. По среднему диаметру песка d 0,1 мм согласно имеющимся рекомендациям выбрали средний диаметр гравия ,6 мм с коэффициентом неоднородности . Коэффициент турбулентной фильтрации гравийной смеси, най- денный экспериментальным путем, составил К 0,05- 1(Г6 м4/кг.

В скважину установили фильтровую колонну с основным и контрольным фильтрами, отстойником. Внутрь филь- тровой колонны на вспомогательной колонне труб спустили распределительный узел, водоподъемную колонну со свабом, причем распределительный узел зафиксировали на расчетной высоте от верхних отверстий основного фильтра, равной 3 м. Скважину промыли до осветления выходящего на устье раствора. После промывки из пескосмеситель- ного агрегата гравийную смесь с объ- емной концентрацией гравия 5% начали подавать в цементировочный агрегат, который с расходом 5-10 м5/с закачивал смесь в зону формирования фильтра. Давление в начальный момент закачки в нагнетательной магистрали составило 3,06 МПа.

В течение 16 мин с начала закачки гравийной смеси давление в нагнетательной магистрали не увеличивалось, что свидетельствовало о заполнении гравием интервала отстойника. На 17-й минуте с начала закачки давление в нагнетательной магистрали начало увеличиваться. В процессе закачки контролировали объем закаченного в скважину гравия, расход смеси и давления в нагнетательной магистрали. При расходе смеси Q 5 10 3M3/c с объемной концентрацией гравия 5%, т.е. с расходом гравия 0, /с площади поперечного сечения гравийного фильтра 0,07 м2, время, необходимое для сооружения гравийного фильтра высотой 1 см, составило 2,8 с. За время сооружения 1 см гравийного фильтра давление в нагнетательной магистрали увеличилось на 0,001 МПа. Текущие значения коэффициента турбу

лентной фильтрации намытого слоя гравийного фильтра составили

Ґ2 V -rS-zj o oosf

т UPW1 0,001-ТО -0,073

0, . кг.

Сопоставляя текущие значения коэффициента турбулентной фильтрации Кт намываемого слоя гравийного фильтра с расчетными исходными значениями, получим, что 0,9 К Кт«с1,1 К„, т.е. качество намытого слоя гравийного фильтра высотой 1 см за единицу времени, равной 2,8 с,удовлетворительней. В течение 28 мин с момента начала закачки давление в нагнетательной магистрали за 12 с резко увеличилось с 3,24 до 3,28 МПа. Коэффициент турбулентной фильтрации намытого слоя гравийного фильтра высотой 4 см составил

.. 0 00025-12- 0,005 .-/«-tn9 4 Кт -0704 0 6;07 - 5,46-10 --,

что свидетельствовало об обрушении стенок скважины и перемешивании гравия с песком.

Увеличили подачу гравийной смеси до 0,006 м3/с, давление в нагнетательной магистрали увеличилось до 4,92 КПа и соответственно увеличилась репрессия на пласт. В дальнейшем закачку гравия осуществляли при расходе смеси ,006 м /с. Текущий коэффициент турбулентной фильтрации слоев намываемого гравийного фильтра колебался в допустимых пределах от 0,047-10 6 до 0,052-10 бм4/кг,что свидетельствовало о нормальном процессе сооружения гравийного фильтра. На 41 мин с начала сооружения гравийного фильтра давление в нагнетательной магистрали стало медленнее увеличиваться. Так в течение 15 с давление в нагнетательной магистрали увеличилось на 0,002 МПа вместо 0,00536 МПа расчетных значений, что свидетельствовало о возрастании коэффициента турбулентной фильтрации гравия в намываемом слое фильтра в 2,68 раяа, т.е. до значений К 0,134 Н0 6м4/кг. Сопоставляя полученные значения Кт с расиетными Кр, установили, что в скважине намыли слой гравия с рыхлым сложением частиц и повышенным коэффициентом турбулент5

тельной колонне 10 спускают распределительный узел 11 и водоподъемную колонну 12 внутри фильтровой колонны на расчетной высоте от верхних от- верстий основного фильтра 5. До закачки гравия определяют коэффициент турбулентной фильтрации гравия 3 выбранного гранулометрического состава экспериментальным или расчетным путем. Жидкость-носитель должна обеспечивать минимальную кольматацию пласта, обсыпки 13 и иметь высокую несущую способность. При оборудова-. нии гравийных фильтров 13 свойства жидкости-носителя должны быть аналогичны свойствам пластовой жидкости.

Скважину 1 промывают при комбинированной циркуляции до осветления выходящей на устье жидкости. После промывки осуществляют закачку гравия 3 в нисходящем потоке и определяют при этом расходе смеси давления в нагнетательной магистрали. Из песко- смесительного агрегата 14 гравийная смесь подается к цементировочным агрегатам 15, которые закачивают ее через поверхностную обвязку 16, вспомогательную колонну 10, распределительный узел 11 в интервал 17 формирования обсыпки 13. Гравий 3 осаждается на забое 18, а затем уже на слое намытого гравийного фильтра 13, жидкость-носитель фильтруется через гравий 3, контрольный фильтр 6 и по водоподъемной колонне 5 через распределительный узел 11 и кольцевое пространство 19 поднимается к устью 14 скважины 1 в восходящем потоке„ Возможность фильтрации жидкости-носителя через основной фильтр 5 исключается вследствие герметизации кольцевого пространства между фильтровой 4 и водоподъемной 12 колоннами в интервале между основным 5 и дополнительным 3 фильтрами свабом 20 По мере сооружения фильтра 13 увеличивается сопротивление циркулирующему в скважине 1 потоку, возрастает давление в нагнетательной магистрали 1Ь. Характер изменения давления в нагнетательной магистрали 16 контролируется манометром 21. В процессе закачки измеряют расход смеси и объем засыпаемого гравия 3. По величинам увеличения давления в нагнетательной магистрали 16 за единицу времени, объему закаченного гравия и расходу смеси определяют текущие зна796266

чения коэффициента турбулентной фильтрации гравия 3 в намываемом за единицу времени слое фильтра 13 по фор муле 5

I I

К

YQ1

U.PW1

Значения KT сопоставляют с расчетными значениями коэффициента турбулентной Фильтрации, полученными предварительно перед закачкой гравия 3.

При ,9 К„, связанным с обрушением стенок скважины 1, увеличивают репрессию на пласт 2 в процессе закачки. Увеличение репрессии на пласт 2 обеспечивается при увеличении подачи смеси. Подачу смеси увеличивают до тех пор, пока коэффициент турбулентной фильтрации намываемого последующего слоя гравийного фильтра 13 не возрастет до значений 0,9 Кр. Дальнейшую закачку гравийной смеси осуществляют при повышенном расходе, обеспечивающим устойчивость стенок скважины и увеличение коэффициента турбулентной фильтрации гравийного Фильтра 13 до допустимых

значений, т.е, до 0,9 К..

При KT 1,1 Кр, связанным с рыхлым сложением частиц гравия 3 в фильтре 13 осуществляют импульсное воздействие на гравийную обсыпку 13,

способствующее уплотнению, обсыпки 13 и повышению ее качества. Импульсное воздействие осуществляют механическим способом с помощью поверхностного вибратора 22, установленного на

устье 19 скважины 1. При большой глубине скважины 1 целесообразнее применять забойные гидроударники или вибраторы. Обсыпка 13 может уплотняться гидравлическим способом при периодическом изменении давления нагнетания при закачке. Динамическое воздействие на обсыпку 13 осуществляют до момента снижения коэффициента турбулентной фильтрации до допустимых значений, т.е. до 1,1 Кр.

После подачи в скважину 1 расчетного объема гравия 3 в процессе закачки определяют сопротивление гравийного фильтра 13 по формуле

Ь к- ш-1,-fl1-

W л К,(2ГН) г,

1

« qz Кт(2ГН)2Пг Гскв

По полученным значениям Ј 2(р оценивают несовершенство скважины 1 по ханой фильтрации. С целью устранения осложнения осуществляли импульсное воздействие на гравийную обсыпку при помощи вибратора ВГ№-2, установленного на эксплуатационной колонне на устье. Закачку смеси продолжали при включенном вибраторе. Импульсное воздействие продолжали в течение 25 мин, т.е. до момента, когда коэффициент турбулентной фильтрации гравийного фильтра стал соответствовать расчетным значениям 0,9 Кг 1,1 К .

Впоследствии осложнений при сооружении гравийного фильтра в скважине не наблюдалось. Средний коэффициент турбулентной фильтрации гравия в фильтре соответвовал 0,048«1(Г м./кг, что свидетельствовало о его высоких гидравлических характеристиках. Время закачки составило 4Q мин. Сопротивление гравийного фильтра составило

По полученным значениям сопротивления фильтра оценивали несовершенство скважины по характеру вскрытия, определяли погрешность в определении параметров пласта при откачке и эксплуатационные характеристики скважин по известным методикам.

При сооружении гравийных фильтров по предлагаемой технологии получили фильтры с высокими гидравлическими характеристиками. Удалось предотвратить обрушение стенок скважины, перемешивание песка с гравием, кольмата- цию пласта и обсыпки, обеспечить ком- пактную укладку частиц в фильтре. Время освоения скважин, оборудованных по новой технологии, уменьшилось в 2-3 раза, а удельные дебиты возросли более чем на 20% по сравнению со скважинами, пробуренными в аналогичных условиях и оборудованных гравийными фильтрами по технологии прототипа .

,

,

479626Ю

ре гранулометрического состава гравия, типа жидкости-носителя, установке фильтровой колонны с основным с и контрольным Фильтрами, отстойником, герметизации кольцевого пространства между фильтровой и обсадной колоннами, спуске внутрь фильтровой колонны распределительного узла, вспомога10 тельной и водоподъемной колонн, их фильтровой колонны, промывке скважины, закачке гравия в нисходящем потоке, определении при этом расхода смеси, давления в нагнетательной ма15 гистрали и объема закаченного гравия, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процессов сооружения и эксплуатации гравийного фильтра, до закачки гра20 вия определяют исходные значения коэффициента турбулентной фильтрации гравия, а в процессе закачки - его текущие значения по формуле 1

25

35

40

30

45VOКт UPV

где К - текущие значения коэффициента фильтрации гравия в намываемом за единицу времени слое обсыпки; V - площадь поперечного сечения

гравийного фильтраi V - объем гравия, закаченного

в скважину в единицу времени;

О - расход смеси;

Д.Р - увеличение давления в нагнетательной магистрали за единицу времени или потери напора в намываемом за единицу времени слое гравия; сопоставляют текущие значения фициента турбулентной фильтрации VT

с исходными значениями 0,9 К,

V.

. .

Кр, при Кт увеличивают репрессию на пласт путем увеличения подачи смеси, а при ,1 К- производят импульсное воздействие на гравийный (Ъилътр до стабилизации Кг в пределах 0,9- 50 И К, а в конце закачки оценивают сопротивление гравийного фильтра

Изобретение относится к горному делу. Цель - повышение эффективности процессов сооружения и эксплуатации гравийного фильтра. Выбирают гранулометрический состав гравия типа жидкости - носителя. Устанавливают фильтровую колонну с основным и контрольным фильтрами и с отстойником. Герметизируют кольцевое пространство между фильтровой и обсадной колоннами. Внутрь фильтровой колонны спускают распределительный узел, вспомогательную и водоподъемную колонны. Промывают скважину. Перед закачкой гравия определяют исходные значения коэффициента турбулентной фильтрации гравия. Гравий закачивают в нисходящем потоке. В процессе закачки определяют текущее значение коэффициента фильтрации. Определяют расход смеси и давление в нагнетательной магистрали и объем закаченного гравия. Изобретение предотвращает обрушение стенок скважины и обеспечивает компактную укладку частиц в фильтре. 1 ил.

Формула изобретения

Способ сооружения гравийного фильтра в скв.г/чше, заключающийся в выбоК -

II147962612

средние значения текущего , rm радиус фильтровой колонны; коэффициента турбулентной ггке радиус скважины; фильтрации граиийного филь- высота гравийного фильтра, тра;

oVo °0;

оо о о о 0о

о° 74° о °

°«° о

С ° о о 0

0° °о°оО о°