Способ создания гравийной обсыпки из пластового песка и устройство для его осуществления

 

1. Способ создания гравийной обсыпки из пластового песка в обсаженной скважине, в.слючающий установку противопесочного фильтра в скважине с равномерным кольцевым зазором на уровне перфорационных отверстий и формирование обсыпки в восходящем потоке пластовой жидкости, отличающийся тем, что, с целью повышения качества гравийной обсыпки из пластового песка, формируемой в процессе эксплуатации, при превышении минимальной скорости восходящего потока над скоростью оседания частиц, диаметр которых определяется геометрическим крите1рием суффозии грунта, формирование гравийной обсыпки осуществляют путем снижения вязкости -или дебита пластовой жидкости, а при превышении максимальной скорости восходящего потока над скоростью оседания частиц,диаметр которых; определяется размером щели фильтра путем деления суммарного восходящего потока по высоте кольцевого зазора на отдельные восходящие потоки. 2. Устройство для создания гравийной обсыпки из пластового песка в обсаженной скважине, содержащее фильтр, внутреннюю трубу с перегородками и промывочными отверстиями над перегородками, отличающееся тем,что, оно снабжено разделительными элементами, установлен- 2 ными с возможностью перекрытия кольцевого зазора между обсадной колонной и фильтром на наружной поверхности последнего напротив перегородки, ниже которых на внутренней трубе -высд полнены отверстия, причем промывочные отверстия перекрыты обратными клапась нами, а число разделительных элементов и перегородок соответствует числу восходящих потосо ков .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) ЗСЮ Е 21 В 43 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3527359/22 — 03 (22) 20.12.82 (46) 30.07.84. Бюл. Р 28 (72) В.A.Гиринский, В.Н.Коршунов и М.Н.Гайнуллин (71) Научно-производственное объединение по термическим методам добычи нефти (53) 622.245.543(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке М 3461156/03, кл. Е 21 B 43/08, 1982.

2. Цайгер М.А. и др. Современное оборудование для намыва гравийных фильтров в скважинах с перфорированной обсадной колонной на подземных газохранилищах. Реферативный сборник.

Серия "Транспорт и хранение газа".

М., ВНИИГазПром, вып.2. 1978, с.2324(прототип). (54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ ГРАВИЙНОЙ ОБСЫПКИ ИЗ ПЛАСТОВОГО ПЕСКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ создания гравийной обсыпки из пластового песка в обсаженной скважине, в;;лючающий установку противопесочного фильтра в скважине с равномерным кольцевым зазором на уровне перфорационных отверстий и формирование обсыпки в восходящем потоке пластовой жидкости, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества гравийной обсыпки иэ пластового песка, формируемой в процессе эксплуатации, при превышении минимальной скорости восходящего потока над скоростью оседания частиц, диаметр которых определяется геометрическим критерием суффозии грунта, формирование гравийной обсыпки осуществляют путем снижения вязкости

-или дебита пластовой жидкости, а при превышении максимальной скорости восходящего потока над скоростью оседания частиц, диаметр которых: определяется размером щели фильтра путем деления суммарного восходящего потока по высоте кольцевого зазора на отдельные восходящие потоки.

2. Устройство для создания гравийной обсыпки из пластово"о песка в З обсаженной скважине, содержащее фильтр, внутреннюю трубу с перегородками и промывочными отверстиями над перегородками, о т л и ч а ю— щ е е с я тем,что, оно снабжено разделительными элементами, установлен- Я ными с возможностью перекрытия кольцевого зазора между обсадной колонНой и фильтром на наружной поверхности последнего напротив перегородки, ниже которых на внутренней трубе выполнены отверстия, причем промывочные отверстия перекрыты обратными клапанами, а число разделительных элементов и перегородок соответствует числу восходящих потоков.

1105619

ИэОбретение относится к горной промышленности, а точнее к нефтегазодобывающей, и может быть использовано для предотвращения выноса песка в пескопроявляющих скважинах.

5

Известен способ и устройство для формирования фильтра путем установки последнего с равномерным кольцевым зазором и засыпки гравием 1 j.

Недостаток заключается в образовании гравийной обсыпки невысокого качества.

Наиболее близким к предлагаемому является способ создания гравийной обсыпки из пластового песка н обсаженной скважине, предусматривающий установку протнвопесочного фильтра н скважине с равномерным кольцевым зазором на уровне перфорационных: отверстий и формирование обсыпки в восходящем потоке пластовой жидкости 20 (2 3.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для создания гравийной обсыпки из пластового песка н обсаженной скважине, содержащее 25 фильтр, внутреннюю трубу с перегородками и промывочными отверстиями над перегородками (3 ).

Однако качество обсыпки при этом невысоко.

Цель изобретения — повышение ка-. чества гравийной обсыпки из пластового песка, формируемой в процессе эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу создания гравийной обсыпки из пластового песка н обсаженной скважине, включающему установку,лротинопесочного фильтра в скважине с равномерным кольцевым зазором на уровне перфорационных отверстий и формирование обсыпки н восходящем потоке пластоной жидкости, при превышении минимальной скорости носходящего потока над скоростью оседания частиц, диаметр 45 которых определяется геометрическим критерием суффозии грунта, формирование гравийной обсыпки осуществляют путем снижения вязкости или дебита пластовой жидкости, а при превышении максимальной скорости восходящего потока над скоростью оседания частиц, диаметр которых определяется размером щели фильтра путем деления суммарного восходящего потока по высоте ээ кольцевого зазора на отдельные восходящие потоки.

Устройство для создания гравийной обсыпки из пластоного песка н обсаженной скважине, содержащее фильтр, внутреннюю трубу с перегородками и промывочными отверстиями над перегородками, снабжено разделительными элементами, установленными с нозмож. ностью перекрытия кольцевого зазора между обсадной колонной и фильтром fj5 на наружной поверхности последнего напротив перегородки, ниже которых на внутренней трубе выполнены отверстия, причем промывочные отверстия перекрыты обратными клапанами, а число разделительных элементов и перегородок соответствует числу восходящих потоков.

На чертеже показано предлагаемое устройство для создания гравийной обсыпки иэ пластового песка н обсаженной скважине в начальный момент .формирования обсыпки.

Устройство содержит фильтр 1, н котором размещена внутренняя труба

2 с перегородками 3, жестко связанными с фильтром 1, образующие полости

4. На внутренней трубе 2.рядом с перегородками 3 выполнены под перегородкой отверстия 5, а над перегородкой — отверстия б. Отверстия б служат для промывки пассивной зоны между фильтром 1 и внутренней трубой 2 при регенерации фильтра и перекрываются обратным клапаном 7, выполненным, например, н виде резиновой манжеты, обжимающей наружную поверхность внутренней трубы 2. На наружной поверхности фильтра 1 напротив перегородок 3 установлены разделительные элементы 8, например резиновые шайбы, обеспечивающие перекрытие сечения кольцевого зазора между фильтром 1 и обсадной колонной 9 с перфорационными отверстиями 10. Внутренняя поверхность обсадной колонны 9, наружная поверхность фильтра 1 и разделительные элементы 8 образуют полость

11. Фильтр 1 опускают в скважину на колонне насосно-компрессорных труб (HK7) 12 с пакером 13 в верхней части и обратным клапаном 14 и центратором

15 и нижней части.

Отношение площади сечения кольцевого зазора между внутренней трубой

2 и фильтром 1 к площади сечения кольцевого зазора между фильтром 1 и обсадной колонной 9 принимается максимальным, исходя из существующих конструкций фильтров и диаметра обсадных колонн. Вследствие. этого, гидравлическое сопротивление кольцевого зазора между внутренней трубой

2 и фильтром 1 значительно превышает гидравлическое сопротивление кольце-. вого зазора между фильтром 1 и обсадной колонной 9.

Площадь отверстий 5 принимается равной или больше суммы площадей сечения кольцевых зазорон между фильтром 1 и внутренней трубой 2 и фильтром 1 и обсадной колонной 9.

На примере работы устройства рассмотрим создание гравийной обсыпки из пластоного песка в обсаженной скважине. После спуска устройства в скважину и фиксации его на уровне перфорационных отверстий 10 осущест1105619

Ч

K(F F с тФ к

Минимальную скорость восходящего потокаМ,.„ можно изменять путем подбора площади сечения кольцевого за-, зора между внутренней трубой 2 и об-! вляют вызов притока жидкости из пласта в скважину. Поток пластовой жидкости иэ перфорационных отверстий 10 направляется к отверстиям 5 внутренней трубы 2. При этом меньшая часть потока, преодолевая гидравлическое 5 сопротивление щелевого фильтра и повышенное гидравлическое сопротивление кольцевого зазора между фильтром 1 и внутренней трубой 2, представляет собой радиальный поток в зонах напротив перфорационных отверстий 10 аналогичный потокам в обычных фильтрах, но значительно меньший по величине. Большая же часть потока представляет собой восходящий поток в коль-15 цевом зазоре между обсадной колонной

9 и фильтром 1, который превращается в радиальный s зоне напротив отверстий 5 на внутренней трубе 2.

Вместе с пластовой жидкостью из пласта в скважину поступает и пластовый песок. Естественно, что частицы песка, скорость оседания которых в пластовой жидкости меньше скорости восходящего потока, подхватываются и выносятся: через щели фильтра 1 (если размер их меньше размера щели) и отверстия 5 в полость внутренней трубы 2 и далее по колонне НКТ 12 на поверхность. Частицы песка, скорость оседания которых больше скорос- 30 ти восходящего потока, оседают в полости 11 и формируют гравийную обсыпку иэ пластового песка между фильтром 1 и обсадной колонной 9.

Для того, чтобы гравийная обсыпка З5 иэ пластового песка не кольматировалась суффоэионными частицами пласта в процессе эксплуатации скважины, .необходимо .задерживать в полости 11 частицы песка наименьшего диаметра

d, которые обеспечивают пропуск по поровым каналам между ними суффозионных частиц пласта. Диаметр таких частиц песка определяют из условия геометрического критерия суффозии данного продуктивного интервала 45 пласта.

Частицы песка, размер которых меньше диаметра ol, необходимо удалить из полости 11. Поэтому минимальная скорость восходящего потока 5О

Ч,.„ в сечении кольцевого зазора между внутренней трубой 2 и обсадной колонной 9, создаваемая жидкостью, добываемой иэ одного перфорационного отверстия, должна быть равна или 55 больше скорости оседания V частиц диаметра 3 в пластовой жидкости, т.е. должно выполняться условие садной колонной 9, количества перфорационных отверстий 10 в обсадной колонне 9 или изменением расхода добываемой жидкости, а скорость оседания Ч частиц песка в пластовой жидкости — изменением вязкости пластовой жидкости.

Однако выполнение только условия

Y .,V недостаточно для формирований с качественной гравийной обсыпки из пластового песка в полости 11 между фильтром 1 и обсадной колонной 9.

Так как скорость восходящего потока в полости 11 возрастает с увеличением количества перфорационных отверстий

10, возможно, что скорость оседания в пластовой жидкости крупных частиц песка, диаметр которых больше размера щелей фильтра 1, окажется меньше скорости восходящего потока. Это приведет к тому, что крупные частицы песка будут подхватываться восходящим потоком, подкоситься к верхним щелям фильтра 1 и задерживаться на поверхности фильтра, преграждая путь частицам пластового песка, размер которых менее .d .

В результате этого в верхней части полости 11 сформируется гравийная обсыпка иэ пластового песка, неоднородная по фракционному составу, с плохой проницаемостью, которая впоследствии быстро закольматируется суффозионными частицами пласта, что, в свою очередь, может привести к падению дебита скважины до полного . его прекращения.. Чтобы этого не произошло, максимальную скорость восходящего потока в сечении кольцевого зазора между внутренней трубой

2 и обсадной колонной 9 необходимо ограничить делением потока по высоте из условия, когда максимальная скорость восходящего потока Ч создаваемая суммарным потоком определенного количества перфорационных отверстий 10, ранна или меньше скорости оседанияЧ частиц. песка в пластовой жидкости, диаметр которых соответствует размеру щели фильтра, т.е.

Ч

8 и (Ч (FFT + FFô ) В предлагаемом устройстве выполнение этого условия обеспечивается наличием разделительных элементов 8, установленных на наружной поверхности фильтра 1 напротив перегодок 3 с воэможностью перекрытия кольцевого зазора между фильтром 1 и обсадной колонной 9. Количество разделительных элементов 8 принимается на единицу больше количества восходящих потоков n ..

Осуществление способа создания гравийной обсыпки из пластового песка в обсаженной скважине рассмотрим на примере месторождения Кенкияк, 1105619

148

48 10

25

Исходные данные для расчета по скв. 1506:

Ожидаемый дебит скважины, м /сут 6,0

Внутренний диаметр обсадной колонны в про- 5 дуктивном интервале,мм

Фракционный состав. пластового песка,Ъ

Зерна размером, мм

0,25 — 0,1

0,1 — 0,01

Менее 0,01

Вязкость пластовой жидкости, Ст 1,7

По данным фракционного состава 15 песка, на основании теоретических и экспериментальных данных, выбираем однослойный проволочный фильтр с щелью 0,2 мм при наружном диаметре

105 мм. Тогда площадь кольцевого сечения между фильтром и обсадной колонной будет составлятьF>+85,5 см

Выбираем площадь кольцевого сечения между фильтром и внутренней ,трубой из условия

F = ----- "- 8,50 см фк 2

Тогда площадь кольцевого сечения между внутренней трубой и обсадной колонной составит FT 94,0 см г

Для данного пласта диаметр частиц, определяемых геометрическим критерием суффозии грунта, составляет около 0,09 мм. Для создания обсыпки в кольцевой полости между фильтром и обсадной колонной, обеспечивающей пропуск суффоэионных частиц пласта, необходимо удалить из этой полости все частицы, диаметр которых менее 0,09 мм. Скорость осе- 4О дания частиц диаметром d =0,09 мм и плотностью p„=2,5 r/cM в пластовой жидкости вязкостью ч =1,7 Ст и плотностью рдс =0,0922 г/см, определяемая по формуле Стокса, составит

z

Ч

Ч с с — 1) 4,42 10 см/с.

184 pïñ

Для удаления частиц диаметром

0,09 мм и менее из полости между фильтром и обсадной колонной необходимо, чтобы минимальная скорость восходящего потока была равна или больше скорости оседания этих частиц, т,е.Ч,„уЧс . Определяем минимальную скорость восходящего потока в кольцевом сечении меЖду внутренней . трубой фильтра и обсадной колонной площадью F =94,0 смг при эксплуататк ционном дебите Я к =6 и /сут из продуктивного пласта мощностью 60

Ь = 29 м при плотности перфорации

10 отв. на 1 м по формуле к

V 2, 55 .10 см/с тк

i 65

Скорость восходящего потока оказывается недостаточной для удаления из кольцевой полости между фильтром и обсадной колонной частиц песка размером 0,09 мм. Повысить скорость восходящего потока в общем случае можно увеличение дебита скважины или уменьшением плотности перфорации или площади кольцевого сечения между внутренней трубой фильтра и обсадной колонной. В рассматриваемом случае повышение .дебита в период запуска скважины в эксплуатацию ограничено ожидаемым дебитом скважины. Уменьшение плотности перфорации продуктивного интервала нежелательно, так как снижается коэффициент совершенства вскрытия пласта.

Поэтому уменьшаем площадь кольцевого сечения между внутренней трубой фильтра и обсадной колонной пропорционально скорости восходящего потока и скорости оседания частиц песка

F < Ф 54,1 см .

Yò,ï FrK ч

Тогда площадь кольцевого сечения между фильтром и обсадной колонной

" 49,2 смг, а расчетный диаметр

Фк фильтра 125,1 мм. Принимаем диаметр фильтра равным 125 мм.

На месторождении Кенкияк(или других месторождениях Советского Союза)встречаются скважины, в которых дебит при меньшей мощности продуктивного интервала значительно выше, чем дебит скважины, выбранной для расчета. Скорость восходящего потока добываемой жидкости.из одного перфорационного отверстия Ч может быть значительно выше расчетной скорости .оседания частиц песка

Чс . В общем случае понизить скорость восходящего потока можно путем снижения дебита скважины в период пуска в эксплуатацию или увеличения плотности перфорации или площади кольцевого сечения между внутренней трубой фильтра и обсадной колонной. Однако значительное снижение дебита в период пуска скважины в эксплуатацию относительно эксплуатационного дебита нежелательно, так как это приведет к недостаточной очистке прифильтровой зоны, скважины от суффозионных частиц, которые впоследствии, при выходе на эксплуатационный режим отбора жидкости,, начнут кольматировать обсыпку. Увеличение плотности перфорации ограничено прочностью обсадной колонны, в нефтепромысловой практике максимальная плотность перфорации достигает 40 отв. на

1 м. Увеличение площади кольцевого сечения между внутренней трубой фильтра и обсадной колонной ограничено диаметрами скважины и внутрен1105619 ней трубы. В слччае если указанные мероприятия не обеспечивают снижение скорости восходящего потока добываемой жидкости из одного перфорационного отверстия до расчетной скорости оседания частиц песка, 5 проводят мероприятия по увеличению скорости оседания расчетных частиц песка Ч

С этой целью в пласт перед пуском скважины в эксплуатацию згкачивают жидкость, например маловязкую нефть, дизельное топливо и т.д.

Для предотвращения засорения прифильтровой зоны скважины собственной мелкой фракцией пласта жидкость вакачивают с расходом, в два" три раза меньшим эксплуатационного дебита скважины. Количество закачиваемой жидкости определяют из условия

-„,2 20

Ч,ь т> 4 где Чф — объем заканчиваемой жидкос3. ти, м

Ъ вЂ” мощность прдуктивного интер вала, м; 25

m — эффективная пористость продуктивного интервала;

3 — диаметр раздренированной

P зоны, определяемый из условия критической скорости 30 филь. рационного потока в пласте, при которой не наблюдается вынос суффозионных частиц пластового песка,м.

Вязкость жидкости, закачиваемой 35 в пласт, выбирают таким образом, чтобы вязкость жидкости, полученной в результате растворения закачиваемой жидкости в пластовой, обеспечивала выполнение условия, при котором скорость оседа ния расчетных частиц 40 песка в полученной жидкости Р соответсвовала скорости восходящего потока Чп; .

Вязкость пластовой жидкости можно снизить также путем применения термических методов воздействия 45 на пласт.

Для получения качественной обсыпки в кольцевом пространстве между фильтром и обсадной колонной необходимо выполнить условие, при 50 котором максимальная скорость восходящего потока не превышала бы скорость оседания частиц песка, размер которых равен или больше размера щели фильтра. 55

Максимальную скорость восходящего потока ограничиваем делением потока по высоте из чсловия к

Ч = — (Ч

max пр - ш, ° тк

В принятой для расчета скважине скорость оседания частиц песка, размер которых соответствует размеру щели 0,2 мм, плотностью у„ =2,5 г/см

3 в пластовой жидкости вязкостью Ч =

1,7 Ст и плотностью у„ =0,922 г/см определяемая по формуле Стокса, составит

2

Ч =--- - -- 1- -1)х 21,82- 10 см/с.

W 180. (Pp

Тогда количество восходящих потоков определится из условия Етк Ч4

Количество перфорационных отверстий

К, приходящихся на один восходящий п поток, определится из условия

К = — 493

К и д

Принимаем количество перфорационных отверстий, приходящихся на один восходящий поток, К„ =5. Это значит, что разделительные элементы 8 должны быть установлены с шагом, равным шагу пяти перфорационных отверстий, т.е. для наших условий при плотности перфорации 10 отв. на 1 м расстояние между разделительными элементами должно быть 500 мм.

Принимаем площадь отверстий 5 на внутренней трубе 2,выполненных под перегородками 3, равной или больше площади кольцевого сечения между внутренней трубой фильтра и обсадной колонкой

S ъ Р 55 см2.

На внутренней трубе 2 выполняем шесть отверстий 5 под перегородкой 3 (щелевые, размером 10 х110 мм ).

Технико-экономическая эффективность при использовании предлагаемых способа и устройства для создания гравийной обсыпки из пластового песка в обсаженной скважине заключаетСя в обеспечении формирования однородной с высокой проницаемостью обсыпки за фильтром беэ применения дополнительных матерйалов(гравия}, оборудования и технологических операций. Однородная с высокой проницаемостью обсыпка из пластового песка, созданная в результате использования предложенных способа и устройства, позволит увеличить межремонтный период работы скважины и повысить дебит, особенно в скважинах, где продуктивные пласты сложены неоднородными по фракционному составу слабосцементированными песчаниками.

1105619

Составитель Е.Молчанова

Редактор Л.Алексеенко Техред Л.Коцюбняк Корректор A.Òÿñêî

Заказ 5563/25 Тираж 565 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,4