Способ оборудования фильтровой скважины Советский патент 1991 года по МПК E21B43/04 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при оборудовании водозаборных, гидрогеологических, нефтяных, газовых и др. скважин в интервале продуктивного пласта, сложенного слабоцементированными породами.

Цель изобретения - снижение потерь напора и повышение удельного дебита и суффозионной устойчивости.

На фиг.1 представлена характерная эпюра входных скоростей по длине фильтра для ламинарного и турбулентного режима

фильтрации; на фиг.2 - характерная эпюра перепада давления на поверхности фильтра по его длине для ламинарного и турбулентного режима фильтрации с указанием направления градиента фильтрации и скорости фильтрации; на фиг.З - поверхность постоянного давления в околоскважинной зоне с указанием направления градиента фильтрации; на фиг.4 - график зависимости угла наклона градиента и скорости фильтрации на поверхности фильтра к поверхности перпендикулярной оси скважины для ламинарного и турбулентного режимов.

Сущность способа заключается в следующем.

Сначала определяют свойства пород продуктивного пласта, режим фильтрации флюида в околоскважинной зоне, и подбирают соответствующий фильтр. После этого определяют поверхность постоянного давления в околоскважиннай зоне, направление градиента давления фильтра и скорости фильтрации по длине фильтра. Оборудуют скважину фильтром.

Поверхность постоянного давления может быть найдена различными способами, например, методом гидродинамического, математического и физического моделирования или непосредственным расчетом.

Характер изменения давления с расстоянием от скважины определяется выражением

h TQ lnR + 2Шт г

/1 -1 17 R)

(1)

где г-вязкость флюида;

к, к1 - коэффициент ламинарной и турбулентной фильтрации соответственно;

m - мощность пласта;

R - радиус влияния скважины;

г - расстояние от оси скважины, на котором получено значение давления h.

Оценивают режим фильтрации (направление градиента давления, скорость фильтрации).

В случае ламинарной фильтрации давление в пласте по мере удаления от оси скважины определяется первым членом управления (1), а при турбулентной - вторым.

Оборудуют скважину фильтром. После чего фильтрацию осуществляют в направлении, совпадающем с направлением градиента давления по длине фильтра и перпендикулярном поверхности постоянного давления в околоскважинной зоне под углом к оси скважины

a arctg if

Рх

Ру

где Рх, Ру - давление в направлении оси скважины и перпендикулярном оси скважины;

Л R - величина приращения радиуса прифильтровой зоны, на которую удаляется

поверхность постоянного давления от оси скважины на участке фильтра длиной Д I.

Пример. Скважина вскрыла водоносный пласт мощностью 5 м, сложенный тонкозернистыми песками с коэффициентом фильтрации 1 м/сут. Расчеты показали, что при данной конструкции скважины при расходе Q 1 л/с наблюдается ламинарный режим фильтрации в околоскважинной

зоне, а при л/с - турбулентный. При откачке с дебитом Q 0,8 л/с получим характер изменения скоростей фильтрации и перепадов давления на фильтре согласно данным табл.1. Рассмотрим участок фильтра в интервале от 0,85 до 1,45 м от-нижних отверстий.

Расчеты позволили определить распределение зоны постоянного давления по длине рассматриваемого интервала. Результаты расчетов представлены в табл.1 в

графе 6. Графа 5 характеризует перепад давления между различными сечениями фильтра. Так перепад давления между отверстиями на уровне 0,85 м и 0,95 м составляет 0,001 мм вод.ст. В графе 6 показана

величина приращения радиуса прифильтровой зоны, на которую удаляется поверхность постоянного давления от скважины. Так на интервале фильтра 0,85 - 0,95 м радиус зоны постоянного давления увеличился с 0,089 м до 0,0925, т.е. приращение радиуса Д г составило 0,0035 м,

Угол наклона градиента давления и скорости фильтрации поверхности, перпендикулярной оси скважины и фильтра составляет

а arctg

Дг AI

(3)

Подставляя в (3) значение из табл. 1 (графы 2 и 7), получим угол наклона градиента и скорости фильтрации к оси симметрии пласта а. Как показали расчеты, вектор скорости и градиента фильтрации на интервале

фильтра 0,85-1,45 м изменяет угол наклона поверхности, перпендикулярной оси скважины и фильтра от 2 до 8°.

В этой связи целесообразно изменять направление отверстий фильтра по длине фильтра на участке от 0,85 до 1,45 м. На участке фильтра 0,85 - 0,95 м рациональный наклон отверстий к поверхности, перпендикулярной оси скважины и фильтра составил 2°, на участке 1,15- 1,25 м-6°, а на участке 1,35-1,45-8°.

Изготовили фильтр, в котором ось симметрии отверстий наклонена к поверхности, перпендикулярной оси скважины под расчетным углом а. Оборудовали скважину новой конструкцией фильтра.

Рассмотрим турбулентный приток к фильтру на участке 0,85 - 0,45 м. При расходе 2,04 л/с в околоскважинной зоне наблюдалась турбулентная фильтрация. Характер распределения входных скоростей в фильтр и перепадов давления на отверстиях представлены в табл.2.

Для удобства расчета второй член уравнения (1) преобразовали.

Ah 9,7 г0

- -- 103,02 Ah г0 г

1 -1 - Ю3,02 Ah; г

)

Го

/ 1 (Г0

103,02 Ah

(5)

Результаты расчетов по (5) представлены в табл.2 в графах 6 и 7. Угол наклона градиента и скорости фильтрации в околоскважинной зоне определяют по формуле (3). Результаты расчетов по(3) представлены в графе 8.

На участке фильтра 0,85 - 1,5 м рациональный наклон отверстий фильтра к поверхности, перпендикулярной его продольной оси изменяется от 0,2 до 64°. Изготовили .фильтр с углом наклона отверстий на участке 0,85 - 1,45 м, соответствующим значениям « в табл.2. Изготовленным фильтром оборудовали скважину.

0

Сопоставляя ламинарный и турбулентный режим фильтрации флюида в скважине становится очевидным, что при ламинарном режиме вектор градиента и скорости фильтрации, а также и радионального направления выполнения отверстий фильтра более плавно изменяет свое пространственное положение по длине фильтра, чем при турбулентном режиме.

Формула изобретения Способ оборудования фильтровой скважины, заключающийся в определении свойств пород продуктивного пласта, режима фильтрации флюида в околоскважинной зоне, подборе фильтра и оборудовании скважины фильтром, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь напора и повышения удельного дебита и суффозионной устойчивости, определяют поверхность постоянного давления в околоскважинной зоне, направление градиента давления и скорости фильтрации по длине фильтра, а после оборудования скважины фильтром

фильтрацию осуществляют в направлении, совпадающим с направлением градиента давления по длине фильтра и перпендикулярном поверхности постоянного давления в околоскважинной зоне под углом а к оси скважины

а arctg

AR AI

где A R - величина приращения радиуса прифильтровой зоны, на которую удаляется поверхность постоянного давления от оси скважины на участке фильтра длиной АI.

Таблица 1

Wty

Л

to o

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при оборудовании водозаборных, гидрогеологических, нефтяных, газовых и др. скважин в интервале продуктивного пласта, сложенного слабосцементированными породами. Цель изобретения - снижение потерь напора и повышение удельного дебита и суффозион- ной устойчивости. Сущность изобретения в регулировании направления движения фильтрационного потока в околоскважинной зоне. Рекомендуется обеспечивать совпадение направлений движения фильтрационного потока с направлением градиента давления по длине фильтра и перпендикулярно поверхности постоянного давления (ППД) в околоскважинной зоне под углом к оси скважины a arctg A R/I, где AR- - величина приращения радиуса прифильтро- вой зоны, на которую удаляется ППД от оси скважины на участке фильтра длиной I. Предварительно определяют свойства пород продуктивного пласта, режим фильтрации флюида в околоскважинной зоне, подбор фильтра. При этом ППД м.б. найдена различными способами, например методом гидродинамического, математического или физического моделирования. После оценки режима фильтрации (направление градиента давления, скорость фильтрации) определяют режим: ламинарный или турбулентный, подбирают фильтр и оборудуют им скважину. В результате снижается гидравлическое сопротивление фильтра и как следствие повышение удельных деби- тов. 4 ил., 2 табл. сл

wtjttad рнншнэилцййш

намай пюншндУбдйКш

2 BtiHi/gej.

S6 0

Ml

-Sl t

srt

st t

w

w1

M j

Ш

Ш Ш

Ш

Ш 0.35

Ламинарный режин

-

к

Тур ентный р&кик

o.i о.2 аз

Фие.З

г,п

Ламинс /)яь/{/ P&W/f