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

1

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

Целью изобретения является повышение эффективности сооружения и эксплуатации фильтра.

На чертеже представлена схема закачки гравия в скважину.

Устройство для сооружения гравийного фильтра 1 в скважине 2 содержит гравий 3 определенного гранулометрического состава, фильтровую колонну 4 с каркасом 5 фильтра, контрольным фильтром 6 и отстойником 7. Внутри фильтровой колонны 4 установлены, распределительный узел 8, вспомога- . тельная колонна 9 и водоподъемная колонна 10 со свабом 11 таким образом, что распределительный узел 8 зафиксирован на расчетной высоте от верхних отверстий 12 каркаса 5 фильтра, а сваб 11 герметизирует кольцевое пространство между фильтровой 4 и водоподъемной 10 колоннами в интервале между каркасом 5 фильтра и контрольным фильтром 6. Поверхностная обвяз- ка состоит из насоса 13, соединенного гибкими шлангами 14 с герметичным бункером 15, имеющим загрузочный люк 16, входной патрубок 17 с манометром 18 и выходной патрубок 19 с манометром 20 и диафрагмой 21, площадь сечения внутреннего отверстия которой регулируется краном 22. Выходной патрубок 19 герметичного бункера 15 соединен гибким шлангом 23 с вспомогательной колонной 9. На корпусе 24 герметичного бункера установлен вибратор 25. Кольцевое пространство 26 скважины 2 герметизируется сальником 27.

Способ осуществляют следующим образом.

В процессе бурения и исследования скважины 2 определяют гранулометрический состав песка продуктивного пласта 28 и подбирают состав гранулометрической обсыпки гравия 3 соглано условию

,

где Г) - средний диаметр частиц гравия;

d - средний диаметр частиц песка;

К - коэффициент межслойности,

равный 6+10.

Выбирают интервал формирования фильтра 1 и рассчитывают объем гравия 3, подлежащего закачке в скважину 2. В скважину 2 устанавливают фильтровую колонну 4 с каркасом 5 фильтра контрольным фильтром 6 и отстойником 7„ Внутрь фильтровой колонны 4 на вспомогательной колонне 9 спускают распределительный узел 8 и водоподъемную колонну 10 труб, причем распределительный узел 8 фиксируется на расчетной высоте от верхних отверстий 12 каркаса 5 фильтра и сваб 11 изолирует каркас 5 фильтра от контрольного фильтра 6 с внутренней сто- роны фильтровой колонны 4. Кольцевое пространство 26 скважины 2 герметизируют сальником 27.

г 5 0 5

0 5

5

0

На поверхности предварительно промытый фракционированный гравий 3 с коэсъфициентом неоднородности менее 2 заполняют в герметичный бункер 15 через загрузочный люк 16. По мере наполнения бункера 15 включают вибратор 25, установленный на корпусе 24 бункера 15, который передает вибрационное воздействие на частицы гравия 3, способствуя их уплотнению и получению оптимальной компактной укладки гравия 3 в бункере 150

Скважину 2 промывают. От насоса 13 предварительно очищенная от инородных примесей жидкость-носитель поступает через входной патрубок 17 в герметичный бункер 15, фильтруется через гравий 3 и через выходной патрубок 19 поступает во вспомогательную колонну 9 и через распределительный узел 8 в интервал формирования гравийного фильтра 1, где фильтруется через контрольный фильтр 6 и по водоподъемной колонне 10 череч распределительный узел 8 по кольцевому пространству между вспомогательной 9 и фильтровой 4 колоннами поднимается на поверхность.

По показаниям манометров 18 и 20 определяют перепад давления на входном 17 и выходном 19 патрубках герметичного бункера 15. Рассчитывают коэффициент турбулентной фильтрации очищенного, промытого гравия 3 при компактной укладке в герметичном бункере 15, т.е. определяют коэффициент турбулентной фильтрации оптимального гравийного фильтра 1.

Кр ЛРЮ

После определения коэффициента турбулентной фильтрации гравия 3 в бункере 15 регулировкой диаметра отверстия диафрагмы 21 краном 22 устанавливают расчетную концентрацию гравийной смесио

Сопротивление циркулирующему в скважине потоку поддерживают постоянным

р, Ь 2 L н

$ -Ј М+ЈНА+ Ј5, + -oust,

,-m

,

сумма местных и линейных коэффициентов сопротивления;

Р - текущее значение давления нагнетания на насосе;

n,m - количество местных и линейных участков сопротивления циркуляции,

приДРу ДР увеличением репрессии на пласт за счет увеличения расхода жид- 10 кости-носителя, а при АРТ UP дополнительным импульсным воздействием на частицы гравия в фильтре определяют исходное и текущее сопротивление гравийного фильтра15

1 - г1 -ч. р kpCzrH)1 W

Ј ьр

1

(

1

Кт (2frH)4 vr.

),

ске.

где

,т - исходное и текущее сопротивление гравийного фильтра;

РаДиУс Фильтровой колон- ны и скважины, причем при 0,,l fp качество фильтра считается неудовлетворительным, гравий из скважины вымыва- ют и работы по сооружению гравийного фильтра проводят повторно.

Расход гравийной смеси выбирают таким образом, чтобы обеспечивалась рекомендуемая репрессия на пласт в процессе закачки Гравий 3 м из герметичного бункера 15 закачивается в интервале формирования фильтра 1, где частицы откладываются, а жидкость носитель фильтруется через контрольный фильтр 6. По мере опорожнения бункера 15 перепад давления на вход-, ном 17 и выходном 19 патрубках уменьшается. С другой стороны за счет образования гравийного фильтра 1 потери напора в скважине 2 увеличиваются. В оптимальном случае, когда в скважине 2 намывается фильтр 1 высокого качества, т.е. обеспечивает- ся компактная укладка частиц и минимизируется поступление в обсыпку 1 инородных примесей, величина увеличения потерь напора в скважине 2 соответствует величине уменьшения потерь напора в герметичном бункере 15. Таким образом, при закачке гравия 3 без осложнений и формировании высококачественного фильтра 1 в скважине 2

0 5

0

5

5 0 5 0 5

давление в нагнетательной магистрали от насоса 13, контролируемое показаниями манометра 18, поддерживается постоянным. В процессе закачки количество гравия 3 в бункере 15 уменьшается и давление, регистрируемое манометром 20 на выходном патрубке 19 герметичного бункера 15, увеличивается и приближается к показаниям манометра 18, установленным на входном патрубке 17 бункера 15.

I

По величине повышения давления

на манометре 20 определяют перепад давления в намываемом гравийном фильтре 1 и текущие значения коэффициента турбулентной фильтрации гравия 3

К - -&- Кг UPvW

где &Р - потери напора в намываемом

слое гравия;

СОТ - площадь поперечного сечения гравийного фильтра, перпендикулярная направлению фильтрационного потока;

Н - высота намываемого фильтра; Q - расход жидкости носителя. Сопоставляя полученное значение Кт с оптимальными значениями К. судят о качестве проводимых работ и характере осложнений в процессе закачки. При высоком качестве фильтра 1 . Отклонения текущих значений Кт от оптимальных Кр свидетельствуют о нарушении нормального технологического процесса, которое может определяться также показаниями манометра 18. При увеличении давления на манометре 18 можно предполагать о том, что в скважине 2 намывается гравийный фильтр 1 повышенного в сравнении с оптимальными значениями сопротивления, а при уменьшении - наоборот, заниженного.

Увеличение сопротивления гравийного фильтра 1 в скважине 2 связано с попаданием в него инородных примесей, преимущественно при обрушении стенок скважины 2. При устойчивом стволе скважины 2 в процессе закачки методом комбинированной циркуляции при предварительной промывке скважины 2 и инструмента, очистке жидкости- носителя на поверхности в гравийный фильтр 1 может попадать до 2% инородных примесей, преимущественно за

счет эффекта шелушения стенок скважины 2, что приводит к снижению коэффициента турбулентной фильтрации гравия 3 в фильтре 1 до 5% по сравне- нию с расчетными значениями. При обрушении стенок скважины 2, связанном с недостаточной репрессией на пласт в процессе закачки, в гравийный фильтр 1 попадает большое количество инородных примесей, что приводит к резкому снижению коэффициента турбулентной фильтрации намываемого слоя гравия 3.

При рыхлом сложении частиц гравия 3 в фильтре 1 жидкость-носитель фильтруется только по нескольким каналам и пустотам, т.е. в областях, где сопротивление фильтрационному потоку минимальное. При фильтрации жидкости- носителя не по всей площади сечения фильтра 1, связанной с неравномерным по плотности формированием фильтра 1, коэффициент турбулентной фильтрации увеличивается и ухудшается качество фильтра 1. Равномерное по плотности сложение частиц гравия 3 в фильтре 1 обеспечивает равномерный нисходящий фильтрационный поток по всей площади поперечного сечения фильтра 1 и под- держание текущих значений коэффициента турбулентной фильтрации намываемого слоя гравийного фильтра 1 в пределах расчетных значений. Увеличение текущих значений коэффициента турбу- лентной фильтрации гравия 3 в намываемом фильтре 1, связанное с несоос- ной установкой фильтровой колонны 4 в скважине 2 по отношению к расчетным значениям при компактной укладке гравия 3, может достигать 5%.

Учитывая, что допустимая погрешность при определении параметров в процессе закачки составляет 5%, оче- видно, что нормальный процесс сооружения гравийного фильтра 1 в скважин 2 обеспечивается при поддержании текущих значений сопротивления гравийного фильтра 1 в пределах 0,9-1,1 расчетных значений. Текущие и расчетные величины сопротивления гравийного фильтра 1 определяются из выражений

t т . i ,.

Р Кр(21ГН)% гск(/

„1,

KT(2frH)lV

Т

-СКВ

О,

5 0 5 0 5 0

0

5

где г гскв- радиус каркаса фильтра и скважины.

При уменьшении Ј в сравнении с

S° расчетными значениями „, связанном

с увеличением коэффициента турбулентной фильтрации гравийного фильтра 1 по сравнению с расчетными значениями , рыхлым сложением частиц 3 и образованием открытых каналов и пустот в фильтре 1, осуществляют импульсное воздействие на гравийный фильтр 1 до стабилизации Кг в пределах Кр.

При увеличении в сравнении с расчетными значениями Ј , связанном с обрушением стенок скважины 2 и попаданием в фильтр 1 инородных примесей, увеличивают репрессию на пласт 28 путем увеличения расхода смеси. Увеличение расхода смеси осуществляют до стабилизации значений Кт в пределах Кр и дальнейшую закачку ведут при повышенном расходе.

Сопоставляя Т и , оценивают качество работ, причем при 0,9 9 $jr 1, качество фильтра 1 считается неудовлетворительным, гравий 3 из интервала формирования обсыпки вымывают и работы по сооружению гравийного фильтра 1 в скважине 2 проводят повторно.

Пример. В процессе исследований в скважине определили гранулометрический состав песка водоносного пласта и интервал формирования фильтра . По среднему диаметру частиц песка ,1 мм согласно имеющимся рекомендациям выбрали средний диаметр частиц гравия ,6 мм с коэффициентом неоднородности .

В скважину установили фильтровую колонну с основным и контрольным фильтрами, отстойником. Внутрь фильтровой колонны на вспомогательной колонне труб спустили распределительный узел,водоподъемную колонну со свабом и вибратором, причем распределительный узел зафиксировали на расчетной высоте от верхних отверстий основного фильтра, равной 3 м. Скважину промыли до осветления выходящего на устье потока. После промывки в герметичный бункер через загрузочный люк засыпали отсортированный, промытый гравий в объеме, равном расчетному объему гравия, подлежащего закачке в скважину. По мере наполнения бункера включали вибратор и уплотняли гравий в бункере до максимальной плотности сложения частиц. Площадь поперечного сечения бункера, перпендикулярная направлению фильтрационного потока, соответствовала пло- щади поперечного сечения гравийного фильтра в скважине.

При начальном расходе жидкости-носителя (Г м 3/с давление в нагнетательной магистрали составило 1,24 МПа, перепад давления на бункере ,62 МПа, Расчетный коэффициент турбулентной фильтрации гравия при оптимальной укладке составил

02L

0,005

10

20

25

30

35

к 1L± 8 23

Р UPCO 0,62.106. 0,072

«Itf .

кг

Регулированием диаметра внутреннего отверстия диафрагмы на выходном патрубке герметичного бункера установили объемную концентрацию гравия в смеси равной 3-5%, Равномерное поступление частиц с жидкостью-носителем в скважину достигалось включением вибратора, установленного на корпусе герметичного бункера, так как вибрационное воздействие разрушало своды равновесия из гравия вокруг выходного патрубка.

В процессе закачки бункер опорожнялся, а в скважине образовывался гравийный фильтр с текущим коэффициентом турбулентной фильтрации.

к- 94«

40

Нормальный процесс сооружения гравийного фильтра наблюдался при , о чем свидетельствовало постоянное давление в нагнетательной магистрали насоса, равное 1,24 МПа. При постоян-45 ном давлении в нагнетательной маги- страли сопротивление циркуляционному потоку в поверхностной обвязке и скважине постоянное, т.е. в скважине образуется гравийный фильтр сопротив- г« ления, равного сопротивлению гравия в бункере. Учитывая, что сопротивле-. ние гравия в бункере оптимально, можно предположить, что в скважине формируется фильтр высокого качества. 55

В течение 21 мин с начала закачки значения Кг соответствовали расчетным Кр и составляли 8, 2-10 м4/кг. На 22 мин давление в нагнетательной ма10

5

0

5

0

5

0

5 « 5

гистрали на насосе резко возросло, что свидетельствовало о формировании в скважине фильтра повышенного, по сравнению с расчетными значениями сопротивления при обрушении стенок скважины и перемешивании гравия с песком. Текущий коэффициент турбулентной фильтрации гравия в фильтре составил 0,04 МПа

О,005 0,00025 -12 ., . „-9 м4 Кт -07047Т6 -С767- -5-46.10-

Для устранения обрушения стенок скважины увеличили подачу жидкости- носителя до 0,006 м3/с, давление в нагнетательной магистрали возросло с 1,25 до 1,78 МПа и увеличили репрессию на пласт в процессе закачки в 1,4 раза. При повышенной подаче удалось предотвратить обрушение стенок скважины и поступление песка в фильтр в процессе закачки. В скважине формировался гравийный фильтр с коэффициентом турбулентной фильтрации и сопротивлением, соответствующим расчетным значениям. Дальнейшую закачку осуществляли при расходе смеси 0,006 м5/с.

На 34 мин с начала закачки гравия перепад давления на сооружаемом в скважине фильтре стал меньше, чем величина уменьшения потерь напора в герметичном бункере, что свидетельствовало о формировании в гравийном фильтре скважины открытых каналов и пустот. Для устранения осложнения, связанного с рыхлым сложением частиц в фильтре, включили вибратор, находящийся на водоподъемной колонне труб н осуществляли вибрационное воздействие на гравийные частицы в фильтре. После 2 мин вибрационного воздействия значения коэффициента турбулентной фильтрации гравия в намываемом фильтре и сопротивление стабилизировались в пределах расчетных значений. Вибрационное воздействие на гравийный фильтр можно передавать механическими скважинными или поверхностными вибраторами,, Впоследствии осложнений при сооружении гравийного фильтра в скважине не наблюдалось.

Расчетное, оптимальное сопротивление гравийного фильтра составило

1,11ч

Р Кр(21ГН)г

(:

г

LCK5

8,23-Ю-8 (20,14. Ю)2 kO,18

э кг

о:з5 -8 52 10 Si

Средний коэффициент турбулентной фильтрации гравийного фильтра, намытого в скважине, составил К 7,98

-А Д.

«10 м /кг, а текущее сопротивление фильтра

, 1 I ч

7,48 ,74-ТО) 0,Т8 0,36

8,7910 ™ . м7

Сопоставляя текущее сопротивление гравийного фильтра, полученное при закачке,можно утверждать, что значения т находятся в допустимых пределах от расчетных значений 0,9-1,1 и качество гравийного фильтра высокое.

По полученным значениям сопротивления фильтра & оценивали несовершенство скважины по характеру вскрытия, определяли погрешность в определении параметров пласта при откачке и прогнозировали 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, кольма- тацию пласта и обсыпки, обеспечить компактную укладку гравия 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.

Формула изобретения

Способ сооружения гравийного фильтра в скважине, заключающийся в подборе состава гравийной обсыпки, установке фильтровой колонны с каркасом фильтра, контрольным фильтром и отстойником, спуске внутрь фильтровой колонны вспомогательной колонны, распределительного узла и водоподъемной колонны, их фиксации внутри фильтровой колонны, заполнении гравием установленного в нагнетательной

магистрали на поверхности бункера, промывки скважины и закачке гравия из бункера в зону формирования гравийного фильтра при комбинированной циркуляции, о тличающийся тем, что, с целью повышения эффективности сооружения и эксплуатации фильтра, при заполнении бункера гравий

уплотняют до максимально возможной плотности сложения частиц вибрационным воздействием, в процессе закачки контролируют перепад давления на бункере, определяют исходные значения

коэффициента турбулентной фильтрации гравия в бункере

, , ЈL

Р Д.РО

I.

где К- - исходное значение коэффициента турбулентной фильтрации гравия;

О - расход жидкости носителя; L - высота гравия в бункере; Др - перепад давления на бункере; О - площадь поперечного сечения бункера, перпендикулярная направлению фильтрационного потока,

измеряют величину потерь напора в намываемом слое гравийного фильтра, определяют текущие значения коэффициента турбулентной фильтрации гравия в фильтре

К

О2 К

т UPTCO

где К - текущие значения коэффици- ента турбулентной фильтрации гравия в намываемом слое фильтра;

Н - высота намываемого гравийного фильтра; др - потери напора в намываемом

слое гравия;

СОТ - площадь поперечного сечения гравийного фильтра, перпендикулярная направлению филь- трационного потока,

сопоставляет текущие значения коэффициента турбулентной фильтрации с исходными значениями, сопротивление потоку, циркулирующему в скважине, поддерживают постоянным

н + S н + -Ј- + --- const Ни+ w2 + const,

13

где Рм - текущие значения давления

нагнетания на насосе; 1-го

i

И

НЛ - сумма местных и ли-

нейных коэффициентов сопротивления циркуляции; n,tn - количество местных и линейных участков сопротивления циркуляции,

приЛ. увеличением репрессии на пласт посредством увеличения расхода жидкости носителя, а при &Ру - -ЛР дополнительным импульсным воздействием на частицы гравия в фильт1479627

14

ре определяют исходное и текущее сопротивление гравийного фильтра

Ј 1-(1L.)

Т Г Кр(2ГН)% гскв; т

(J

-),

К, (2W % гскв i

где „ , I - исходное и текущее сопротивление гравийного фильтра; радиус каркаса фильтра

и скважины,

5 и по 9г судят о качестве гравийного фильтра.

Изобретение относится к горной пром-сти. Цель - повышение эффективности сооружения и эксплуатации фильтра. Подбирают состав гравийной обсыпки. Устанавливают фильтровую колонну с каркасом фильтра, контрольным фильтром и отстойником. Внутрь фильтровой колонны спускают вспомогательную колонну, распределительный узел и водоподъемную колонну и фиксируют их внутри фильтровой колонны. Затем заполняют гравием бункер установленный в нагнетательной магистрали на поверхности. При заполнении гравий уплотняют до максимально возможной плотности сложения частиц вибрационным воздействием. Скважину промывают, гравий закачивают в зону гравийного фильтра при комбинированной циркуляции. В процессе закачки контролируют перепад давления в бункере.Определяют исходное значение коэффициента турбулентной фильтрации в бункере. После этого сопоставляют текущее значение коэффициента турбулентной фильтрации с исходными значениями. Сопротивление потоку, циркулирующему в скважине, поддерживают постоянным. При потере напора в намываемом слое, большем перепада давления, увеличивают репрессии на пласт посредством увеличения расхода жидкости-носителя, а при увеличении напора дополнительно импульсами воздействуют на частицы гравия в фильтре. Определяют исходное и текущее сопротивления гравийного фильтра по ф-ле. 1 ил.

16

15

v 11 т

--Ч