Устройство для улавливания шлама Советский патент 1992 года по МПК E21B21/00 E21B37/00 

N

fe

Изобретение относится к подземному и капитальному ремонту скважин в нефтедобывающей промышленности и предназначено, в частности, для освоения и промывки песчаных пробок, поглощающих скважин, может быть использовано в аналогичных скважинах при добыче воды.

Известны устройства и способы промывки скважин от песчаной пробки и способы бурения с промывкой скважин от осадка и шлама с регулированием давления на забое скважины при помощи шламоуловителя разной конструкции. Однако при наличии поглощения пласта этими способами и устройствами освоения и промывки скважин от песчаной пробки не достигается желаемых результатов, также требуются применения сложного технологического оборудования, устройства и не позволяет оперативно управлять давлением на забое скважин.

Известны способы бурения с промывкой скважины от осадка с регулированием давления на забое скважин и с использованием шламоуловителя.

Недостатки этих способов промывки для применения в освоении и промывки песчаных пробок поглощающих скважин заключаются в том, что они не позволяют в процессе промывки непрерывно контролировать количество промывочной жидкости, поступившей в пласт и оперативно регулировать гидростатическое давление в затруб- ном пространстве скважин, так как регулирование давления производится путем изменения уровня основного агента, заполняющего затрубное пространство лишь в нижней части скважин, что практически не возможно при поглощении пласта с отсутствием полной циркуляции, а также требуют применения сложноп оборудования.

2

О

Os 00

Наиболее близкими к предлагаемому является устройство для удаления шлама при бурении скважин ударно канатными способами, согласно которым секции шла- мосборников имеют одинаковые диаметры, а расстояния между секциями ступенчато не увеличиваются. Устройство для удаления шлама содержит буровой инструмент.

Однако применение известных устройств в поглощающих эксплуатационных скважинах с большой мощностью песчаной пробки и его большим пескосодержанием представляется нецелесообразным по следующим причинам: во-первых, одинаковое расстояние между секциями шламопескос- борников не повышает эффективности сепарации мелких частиц, во-вторых, улавливание фракции текучей среды с большим содержанием мелких частиц путем уменьшения скорости восходящего потока в поглощающих скважинах также практически не повышает эффективности устройства, в третьих, конструкция устройства с буровым инструментом с долотом не целесообразно применение его при промывке песчаной пробки в подземном ремонте эксплуатационных скважинах.

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности очистки и промывки песчаных пробок при наличии поглощения пласта путем применения шламопескоуло- вителя простой конструкции в эксплуатационных скважинах с пескопроявлением при наличии нижерасположенных продуктивных пластов.

Указанная цель достигается тем, что без ступенчатого уменьшения диаметров каждой секции-емкости повышается эффективность сепарации путем установки патрубков 2 для повышения межсекционной сепарации (см. фиг. 3) и уменьшением кольцевого сечения с помощью осевых множественных ребер донно-сужающим устройством, в виде завихрителя выступающих над срезом шламосборников 4 на выходе восходящего потока в каждой секции для увеличения инерции струи потока, а также установкой поддонной камеры 8 для выпадения мелких частиц (см. фиг. 3), Причем объемы поддонной камеры должны увеличиться за счет уменьшения объема самой камеры шламопескосборника по мере изменения гранулометрического состава текучей среды снизу наверх по скважине. Применение вышеуказанных простых конструкций приведет к интенсификации процесса сепарации в межсекционной зоне.

При применении предлагаемого устройства для освоения и промывки от песчаной пробки поглощающих скважин рабочий

агент прокачивается в трубное пространство и его сообщают с камерой 5 шламопескосборника, таким образом исключается необходимость обеспечения полной цирку5 ляции, а текучая среда, размывая песчаные пробки и вовлекая составляющие материалы восходящим потоком жидкости, выходит в межзатрубное пространство,

Скорость V восходящего потока текучей

10 среды путем установкой снаружи второй концентрической трубы увеличивается от скорости падения частиц в жидкости. Для сепарации текучей среды наружные концентрические трубы разделены одна от другой

15 на отдельные секции, т.е. камеры 5 шламопескосборника. Диаметры каждой камеры шламопескосборника одинаковые, расстояние между секциями ступенчато увеличивается, повышая обьем этой зоны по

20 геометрическому прогрессу снизу вверх по скважине. При размывке и удалении составляющих материалов песчаной пробки поглощающих скважин, согласно которому образующиеся шламопескопульпы (текучая

25 среда) транспортируются по скважине восходящим потоком по кольцевому сечению в затрубном пространстве и улавливаются по ходу транспортирования в межсекционной зоне за счет уменьшения скорости восходя30 щего потока и интенсификации сепарации на камерах шламопескосборника, так как Va VL Такое последовательно ступенчатое и резкое снижение скорости потока в межсекционной зоне приводит к сепарации

35 (оседанию) шлама, затем песка по гранулометрическому составу в каждой камере в направлении снизу вверх по скважине. При этом сечение кольцевого пространства между секцией шламопескосборника с обсад40 ными колоннами должно обеспечить скорость восходящего потока больше скорости падения частиц в данной жидкости, а возрастание объема между секциями должно создать нормальную сепарацию частиц

45 во внутренную полость камеры шламопескосборника.

Дальнейшие качественные промывки достигаются путем медленного подъема шламопескоуловителя с одновременной

50 циркуляцией. Поэтому количество секции- камеры и объем внутренней полосы его должен соответствовать ожидаемому объему песчаной пробки, в соотношении /Шпу 1,1 + 1.2 Vn.n., где /шпу - обилий объем

55 внутренней полосы камеры; Vn.n. - ожидаемый общий объем песчаной пробки.

Для подбора оптимального сечения кольцевого пространства и расстояния между секциями приведены фиг. 1 и 2, где ука- заны соотношение сечений, скоростей

потока и расстояние секции для скважин с внутренним диаметром 150 мм (б1) и диаметром камеры шламопескосборника 127 и 114 мм (41/2И и 4).

Кроме того, в начальной стадии при про- мывке в продуктивном горизонте часть потока жидкости могут быть поглощены в пласт, однако через некоторое время будут сокращаться из-за насыщения пласта и образования противодавления.

Шламопескоуловитель по предлагаемой конструкции и по принципу работы отличается от известного устройства, так как камеры имеют одинаковые диаметры для применения его в эксплуатационных сква- жинах и в межсекционной зоне имеет интенсифицирующий узел процесса сепарации.

Конструкция его позволяет одновременно активизировать кольмотации стенок скважин в продуктивной зоне и чистит экс- плуатационную колонну. Применение устройства не требует значительной затраты времени и сложного технологического оборудования. Для удаления песчаных пробок необходимы закачки только рабочего агента в трубное пространство и после достижения шламопескоуловителя в забой производится медленный подъем его -со одновременной циркуляцией с повторением для проверки частоту забоя. Для осуществления его конструкция устройства позволяет использовать широкие диапазоны промывочных агентов: глинистый раствор, хлористый кальций, вода, воздух, аэрированная жидкость, водный раствор ПАВ. Особенно эф- фективен при применении воды и воздуха. Поэтому рекомендуется заполнить водой все камеры шламопескосборника перед спуском его в скважину. По сравнению с прототипом в работе очень надежен и удо- бен. Конструкция также имеет косой срез для размывания пробки. Все эти преимущества позволяют осуществить процесс промывки песчаной пробки поглощающих скважин.

На фиг. 1 показано устройство, вариант; на фиг. 2 - то же, вариант.

Устройство включает последовательно соединенные корпуса шламопескосборни- ков 5, концентрически прикрепленных на жестком центраторе 6 к колонне насосно- компрессорных труб 3 с породоразрушаю- щим наконечником - косым срезом 10. Шламопескосборники имеют в верхних частях завихрители 4, выполненные в виде выступающих над срезом шламопескосборника ребер, установленных под углом 45° к оси устройства, а в нижних частях поддонные камеры 8 с центральными входными кольцевыми каналами. Поддонные камеры

в своей верхней части имеют боковые выходные отверстия 7, прекрытые плетеной сеткой. Между шламопескосборниками установлена межсекционная патрубка 2.

Устройство работает следующим образом.

Последовательные соединенные секции устройств спускаются в скважину на колонне труб (НКТ). После нащупывания песчаной пробки рабочий .агент прокачивается в трубное пространство и восходящий поток, размывая песчаные пробки, обогащенный песком и шламом выходит в меж- затрубное пространство. Текучая среда по ходу транспортирования по кольцевому сечению в межсекционной зоне подвергается к интенсивной сепарации. Попадая в верхней части каждого шламопескосборника на установленные множественные осевые ре- бра-завихрители, подвергается к донно-су- жению, увеличивается труболентность потока. В результате текучая среда при прохождении через завихрители приобретает вихреобразное движение, при этом повышается кинетическая энергия частиц при резком перепаде давления потока, повышая разделяемость его от текучей среды к оседанию. Более осветленная текучая среда направляется наверх, к поддонной камере для выпадения мелких частиц. Для центровки вихреобразного восходящего потока по центральному кольцевому каналу поддонной камеры установлен межсекционный патрубок, диаметр которого чуть выше от диаметра каждой секции. Причем нижнее межторцовое расстояние патрубка всегда больше от верхнего межторцового расстояния, объемы поддонных камер снизу вверх по скважине увеличиваются за счет уменьшения объема камер шламопескосборников в зависимости от изменения гранулометрического состава текучей среды.

Для уменьшения с корости потока и для фильтрации поддонная камера в верхней части имеет боковые отверстия перекрытые плетеной сеткой. Благодаря этому достигается интенсификация процесса сепарации частиц в нижней межсекционной зоне, затем на верхней межсекционной зоне, повышая эффективность и надежность устройства.

По мере размывания песчаной пробки устройство погружается до искусственного забоя, затем производится медленный подъем и спуск устройства, не останавливая циркуляцию. Этот процесс повторяется 3-4 раза для убеждения чистоты забоя. Затем устройство поднимается из забоя для разгрузки.

Пример. Площадь кольцевого сечения межтрубного пространства в поддонной камере За (фиг, 1) необходима для увеличения скорости и соответственно турболентности восходящего потока текучей среды, в результате которой повышается интенсивность выпадения тонких частиц при резком снижении скорости потока в поддонной камере. Поэтому площадь данного сечения подбирается меньше, но для оптимального подбора должно учитываться количество текучей среды, поступающей из зоны межсекционной патрубки, с целью максимально-возможного направления количества потока текучей среды в поддонную камеру. Для осуществления данного процесса и подбора оптимального межтрубного сечения необходимы следующие условия отношений площадей кольцевых сечений. Кроме того, площадь сечения За должна быть больше сечения Зб (фиг. 1) между верхними торцами патрубка и поддонной камеры. Поэтому верхнее межторцовое кольцевое сечение (проемы) можно заменить на множество отверстий (фиг. 2). Необходимость данных проемов объясняется предотвращением от образования пробок при случайной остановке циркуляции, при увеличении поглощения пласта и др. наверху патрубка и для предупреждения от прихвата. Все это повышает надежность работы устройства. Причем общие суммарные площади кольцевых сечений межтрубного пространства За и межторцового пространства патрубка 5б (За + Зб) должны быть больше площади запатрубного кольцевого сечения SB (фиг. 1), но меньше от площади заколонного (секционного) кольцевого сечения Зг (фиг. 1). Таким образом, для повышения интенсивности выпадения тонких частиц в поддонной камере должны быть следующие условия: отношения площадей сечения, обеспечивающие оптимальную работу устройства

За Зб; Зг За + ЗбЗв

Увеличение расстояния межсекционной зоны повышает интенсивность процесса выпадения частиц во внутренней полосы камеры секции, увеличивая высоту застойную зону М3 (фиг. 1 и 2), это в свою очередь тоже активизирует процесс выпадения тонких частиц. Причем чем больше расстояние межсекционной зоны, тем больше увеличиться объем этой зоны. Чем больше обье- мы, тем больше качественно будет проходить выпадение (отделения от текучей среды) мелких частиц, повышая эффективность сепарации. Зависимость критической скорости выпадения частиц в жидкости от

гранулометрического состава среды изменяется не прямолинейно, особенно очень мелких частиц с диаметром 0,01-0,6 мм. Увеличение кинетической энергии частиц

текучей среды резким снижением скорости потока, завихрителями и другими активизирующими факторами сепарации в застойной зоне происходит криволинейно подобно кривой геометрической прогрессии.

Исходные данные (фиг. 1 и 2) для скважин с внутренним диаметром 150 мм приведены в таблице. Для скважины с остальными диаметрами определить размеры путем интерполирования этих данных.

При размере расстояния верхнего межторцового сечения не более 3 мм поддонная камера будет обеспечивать оптимальную работу устройств.

Формула изобретения

качества промывки поглощающих скважин, оно снабжено поддонными камерами и центраторами, корпус с подводящим каналом расположен по оси устройства, шламосборники выполнены в виде стаканов и имеют в

верхних частях завихрители, поддонные камеры закреплены на нижних частях шламос- борников, имеют центральный входной кольцевой канал и в своей верхней части - боковые выходные отверстия, центраторы

закреплены на корпусе между шламосбор- никами, при этом превышения объемов шламоприемных полостей шламосборников и превышения удалений шламосборников друг от друга подчинены геометрической

прогрессии.

устройства.

Примечани е.Верхнее межторцовое расстояние hi 3 мм не более.

Высота межсекционного патрубка h2 120-50 мм. Нижнее межторцовое расстояние Из 70 -90 мм. Общее суммарное расстояние нижележащей межсекционной зоны составляет

2 Нем hi + Ь2 + Из 3 + 120 + 70 193-243 мм.

Площадь межтрубного кольцевого сечения Sa поддонной камеры равен

3а В)3.14(662-482)1611м

Площадь верхнего межторцового кольцевого сечения 5б между поддонной камерой и патрубком определяется с учетом попраки на cos а, так при hi 3 мм; cos а- 45° 0,7071; ha - 4 мм; а 60°; cos 60° 0,5; h3 0°;cosO° 1.

Таким образом: Sei -

4 cos 45°4 х °-7071

1466 мм2;

5б2 2204 мм2; Без 1102 мм2; Площадь кольцевого сечения равна SB

Зв,3.14(1502-1382) 2713мм2

4

Площадь нижнего межторцового кольцевого сечения определяется как площадь боковой поверхности цилиндра с высотой Ьз

Sr - 2 JTRxH п Dhs 3,14x127x100 35922 мм2. Отсюда Sa Зб, так как 1611 мм2 1466 мм2 Sa + Se - 1611 + 1466 3077 мм2 Sr Sa + S& SEU так как 35922 3077 2713.

ф Ж