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

(Л

С

честно сооружаемого фильтра за счет фракционирования гравия в поперечном сечении обсыпки, при котором размер

частиц постепенно т еньигается от каркаса в направлении стенок скважины, 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности. Цель - повышение качества сооружаемого фильтра. Устройство содержит фильтровую колонну 2 с размещенным на ней каркасом фильтра 3 с отверстиями 7 и дополнительным фильтром 4 над последними. Внутри колонны 2 установлена вспомогательная колонна 5 и между ними размещен герметизирующий элемент 6. Колонна 5 выполнена в виде усеченного конуса и имеет диаметр в верхнем и нижнем сечениях, соответствующих верхним и нижним отверстиям каркаса фильтра 4, определяемый по математической формуле. Регулировка скоростей потока за и внутри фильтров 3 и 4 осуществляется за счет сужения площади живого сечения потока за и внутри фильтров 3 и 4. Устройство позволяет повысить качество сооружаемого фильтра за счет фракционирования гравия в поперечном сечении обсыпки, при котором размер частиц постепенно уменьшается от каркаса в направлении стенок скважины. 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к технологии сооружения гравийных фильтров в зоне продуктивного пласта.

Целью изобретения является повы- шение качества сооружаемого фильтра.

На чертеже изображено устройство |для сооружения гравийного фильтра .в |скважинео

: Устройство- устанавливают в скважи не 1, Оно содержит фильтровую колон- 2 с размещенным на ней каркасом

мин

L - )1АР1 + чТ

Г - 2р T4D|-D)

де D , Вд - максимальный и миниwakc

&МИН

35

I c D

P

&P

мальный диаметры вспомогательной колонны 30 у верхних и нижних отверстий каркаса основного фильтра соответственно;

-производительность закачки;

-диаметры скважины и каркаса фильтра;

-плотность жидкости-носителя;

-перепад давления на каркасе фильтра;

40

grad

grad P

ллич

rad P.

макс

- максимальный и минимальный градиенты дав-45 ления в кольцевом пространстве скважинь которые определяют по формуле

dp(Q-t-UF) ,2 ITt}

36 нГТ

bVh

grad P.

МИИ

iTdpCQ+UF) ,2

IP (UHFF

где ( - коэффициент сопротивления; г - расстояние между каркасом

В предварительно подготовленную 5 скважину 1 спускают фильтровую колонну 2 с каркасом фильтра 3 и дополнительного фильтра 4, Внутри .фильтфильтра и стенками скважины; ровой колонны 2 устанавливается вспофильтра 3 и дополнительным фильтром 4. Внутри фильтровой колонны 2 установлена вспомогательнап колонна 5 и герметизирующий элемент 6 между ними. Дополнительный фильтр 4 установлен над отверстиями 7 фильтра 3 Вспо- могательная колонна 5 вьтолнена в виде усеченного конуса, имеющего диаметр в верхнем и нижнем сечениях, соответствующих верхним и нижним отверстиям каркаса фильтра, определяе- мый по формуле

и - гидравлическая крупность

частиц диаметра d, соответствующего расчетным п % ситового отсева;

F площадь поперечного сечения гравийного фильтра;

Н - высота от верхних отверстий каркаса основного фильтра до забоя;

1 - высота каркаса дополнительного фильтра;

d - размер частиц гравия, а высота каркаса дополнительного

фильтра выбрана из выражения

fcVr

i iSiHSlaESli sJll -.

1 - . I : -.--з;

6t.,F Л|

Закачку частиц 8 гравия осуществляют через кольцевое пространство 9 скважины I. Между фильтром 3 и до- полнительным фильтром 4 находится глухая часть 10 фильтровой колонны 2.

Устройство работает следующим образом.

В предварительно подготовленную скважину 1 спускают фильтровую колонну 2 с каркасом фильтра 3 и дополнительного фильтра 4, Внутри .фильт5152

могательная колонна 5, а кольцевое

пространство между ними герметизируется элементом 6 над верхними отверстиями 7 дополнительного фильтра 4

Закачку частиц 8 гравия выбранного фракционного состава осуществляют в нисходящем потоке через кольцевое пространство 9 скважины 1 или через специальный распредели- тельный узел. Скорости движения смеси в кольцевом пространстве 9 постепенно уменьшаются от максимальных значений в глухой части 10 над верх

ними отверстиями 7 дополнительного фильтра 4 до нуля у уровня уже намытого гравийного фильтра за счет перетекания жидкости через отверстия фильтров 4 и 3. За счет перетекания через фильтры 3 и 4 скорости движения нисходящего потока в кольцевом пространстве между фильтрами 3, 4 и вспомогательной колонной 5 возрастает от минимальных значений у уровня верхних отверстий 7 фильтра 3 до максимальных значений у уровня уже. намытого гравийного фильтра Скорости нисходящего потока в кольцевом пространстве 9 между фильтрами 3, 4 и вспомогательной колонной 5-выше, чем в кольцевом пространстве 9 между фильтрами 3, 4 и стенками скважины 1. С учетом потерь напора в фильтрах 3, 4 при перетекании жидкости из кольцевого пространства 9.скважины 1 внутрь фильтров 3 и 4 ЬР , перепад давления в кольцевом пространстве 9 составляет

UP р( и) - UP,

плотность жидкости-носителя; средняя скорость нисходяще- го потока внутри фильтров 3 и 4;

средняя скорость насходящего потока за фильтрами 3 и 4,

т

и

97

Разница давлений в кольцевом пространстве 9 за фильтрами 3 и 4 и внутри их обусловливает возникновение и поддержание между стенками сквжины и фильтрами 3 и 4 градиента давления, величина которого определяется из выражения

g,adP 2 e i-:|ii:: El,

U(Ii

где DJ - диаметр скважины 1j

Dm - наружный диаметр фильтров.

5

При попадании гравийных частиц 8 в зону влияния градиента давления на них начинает действовать сила градиента давления, способствующая смещению частиц 8 от стенок скважины в направлении фильтров 3 и 4, Сила градиента давления определяется из выражения

6d grad

Р dS- «d grad P,

где d - размер частицы гравия;

S - площадь Мидделевого сечения

частицы, крупностью d, Сила сопротивления действует в направлении от фильтров 3 и 4 к стенкам скважины 1 и определяется по формуле

VP

2 2 d V,,

где Ц - коэффициент сопротивления

обтеканию;

Р - плотность жидкости-носителя; V , - скоро.сть перемещения частицы в направлении фильтровой колонны 2.

5

Учитьшая, что сила градиента давления Fn. пропорциональна кубу диаметра частиц 8, а сила сопротивления 0 их квадрату, можно утверждать, что с увеличением размера частиц 8 сила градиента давления растет быстрее, чем сила сопротивления. В этой связи наиболее крупные частицы 8 гравия быстрее смещаются к поверхности фильтров 3 и 4, чем более мелкие. Характер движения и распределения частиц 8 в поперечном сечении гравийного фильтра определяется уравнениями, поQ лученными на основании решения дифференциальных уравнений движения частиц под влиянием сил градиента давления и сопротивления.

Расстояние, на которое частицы 8 гравия стремятся в направлении фильтров 3, 4 за время движения от .верхних отверстий 7 до уже намытого слоя гравия, определяемого из уравнения Риттингера, зависит от величины гра-

П диента давления, размера частицы,

плотности гравия и жидкости-носителя. Регулирование характеристик расслоения гравия по фракциям в поперечном сечении гравийного фильтра осуществляется в зависимости от конструкции скважины 1, гранулометрического состава песка и соответственно частиц 8 гравия, коэффициента неоднородности гравия, за счет выбора ра5

5

ииональных скоростей движения нисходящего потока за и внутри фильтров 3 и А, Регулировка скоростей потока за и внутри фильтров 3 и 4 осуществляется за счет сужения площади живого сечения потока за и внутри фильтров 3 и 4. . .

Учитывая, что в начальный момент закачки при (W - объем закаченного в скважину гравия), время движения частиц 8 гравия в поле градиента давления, определяемое с уче том уравнения Риттингера, максимальное, а в начальный момент закачки пр соответствии W расчетным значениям - минимальное, то для поддержания постоянных характеристик фракционирования необходимо по мере намыва гра ВИЯ 8 увеличивать градиент давления, Необходимое увеличение градиента давления обеспечивается путем увеличения разницы скоростей нисходящего потока за и внутри фильтров 3 и 4, определяемого из уравнения„

Учитывая, что градиент давления в кольцевом пространстве скважины определяется разющ ей скоростей движения нисходящего потока внутри фильтровой колонны и снаружи, получим необходимую разницу скоростей движения потока аа и внутри фильтровой колонны, при которой поддерживаются градиенты давления в кольцевом пространстве скважины grad Pff

ё Рмакс

Для установки в кольцевом прострастве скважины градиента давления grad Р;яи« необходима разница средних скоростей движения нисходящего потока за и внутри фильтра

D.

И максимальным диаметром у верхних

„;-.|.sH.ibdhiiaApL. ..1|.-)%

45

отверстий основного фильтра

D

макс

,|..(Sja4..i2 E i2AP .. . ,55)Г

Применение предложенного устройства для сооружения гравийного фильтра позволило повысить качество сооружаемого фильтра за счет фракционирования гравия в поперечном сечении рбсыпки, при котором их размер постепенно уменьшался от каркаса фильтра в направлении стенок скважины. Полученное распределение частиц позволило снизить

57785(

0,5U.

Тмакг

и,

и

л|и„У

2U

+gradP.., -r-O-S

CpMOKto

Для установления в кольцевом пространстве скважины градиента давления grad P(,j. необходима разница средних скоростей движения нисходящего потока за и внутри фильтра

Таким образом, средние скорости потока за и внутри фильтра должны изменяться в процессе закачки сот- ласно условиям

5

0

5

0

. о, ,,, u....5 о,;

, и

расчЬтмое

L ,r

о; 01.

рмоиссЗ

L ,кc

I

Учитьшая, что средняя скорость движения нисходящего потока внутри фильтра определяется скоростью потока внутри фильтра на уровне поверхности уже намытого гравийного фильтра, а та, в свою очередь, зависит от площади сечения нисходящего потока, можно утверждать, что заданное изменение скоростей потока внутри фильтра обеспечивается за счет установки внутри фильтровой колонны вспомогательной колонны а виде усеченного конуса с минимальным диаметром у нижних отверстий основного фильтра

45

отверстий основного фильтра

гидравлическое сопротивление фипьтров, повысить их суффозионную устойчивость по сравнению с многослойными фильтрами.

Формула изобретения

Устройство для сооружения- гравийного фильтра в скважине, включающее

фильтровую колонну с размещенным на ней каркасом фильтра с отверстиями и дополнительным фильтром над последними, вспомогательную колонну, установленную внутри фильтровой колонны труб, и.герметизирующий элемент между ними,.отличающееся тем, что, с целью повьшения качест

gradiM,,c.iDc.::D2ii2 pL „i6Ql„.y f ir -2 р(D -D ;

т

D.

мин

- .Auj- -i i23:li2AS

IT 2p

Вма.с и Dв мии

D

- максимальный и минимальный диаметры вспомогательной колонны у верхних и нижних отверстий каркаса фильтра соот- 20 ветственно;

- внутренний диаметр каркаса фильтра;

Q - производительность закачки;

DC - диаметр скважины; АР - перепад давления на

каркасе .фильтра; р - плотность жидкости-носителя;,,

vigradP,.,,., -максимальный и мини- мин

мальный градиенты давления в кольцевом про- странс.тве скважины между каркасом фильтра и стенками скважины, торые выбраны из формулы

6(уг

iipd(0+lIF) ,2

1Г,т9г-т т Л г я тг Я У Г П f

36(

ва сооружаемого фильтра, вспомогательная колонна выполнена в виде усеченного конуса и имеет диаметр в верхнем и нижнем сечениях, соответст вующих верхним и нижним отверстиям каркаса фильтра, определяемый по формуле

„i6Ql„.y (D -D ;

т

160с г

« 44 )

. Я {U(. U }

evp

«- ь20

где d

и

25

размер частиц гравия; гидравлическая крупность частиц, соответствующих диаметру d после расчетного, п % отсева;

площадь поперечного сечения гравийного фильтра; - коэффициент сопротивления; высота каркаса дополнительного фильтра; расстояние мезкду каркасом фильтра и стенками скважины} высота от верхних отверстий каркаса основного фильтра до забоя,

35 а высота каркаса дополнительного фильтра выбрана из выражения

6Cj

itJ 1 Td(Q+yF) arch е

30

F I r H . 40

Bifr gr d PjjjaKc7 dVP