Способ сооружения гравийного фильтра в скважине

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 27 А1 д11 4 Е 21 В 43/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4266507/23-03 (22) 22.06.87 (46) 15.05.89. Бюл. 11 18 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (72) А.Д.Башкатов, П.Е.Ожерельев, А,M,Áàðñêèé, А.И.Алборов и В.И.Тарабукин (53) 622.245.543(088.8) (56) Патент С1цА К - 2014770, кл. 166-51, опублик. 1937.

Патент США Р 4044832, кл. 166-278, опублик. 1977, (54) СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ГРАВИЙНОГО

ФИЛЬТРА В СКВАЖИНЕ (57) Изобретение относится к горной пром-сти. Цель — повышение эффективности сооружения и эксплуатации фильтра. Подбирают состав гравийной о6сыпки. Устанавливают фильтровую колонну с каркасом фильтра, контрольным фильтром и отстойником. Внутрь фильтровой колонны спускают вспомогательную колонну, распределительный узел и водоподъемную колонну и фикси1

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. руют 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 гравия 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.

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, вспомогательная колонна 9 и водоподъемная ко1479627 лонна 10 со свабом 1! 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 20 с вспомогательной колонной 9. На корпусе 24 герметичного бункера установлен вибратор 25. Кольцевое пространство 26 скважины 2 герметизируется сальником 27. 25

Способ осуществляют следующим образом.

В процессе бурения и исследования скважины 2 определяют гранулометрический состав песка продуктивного 30 пласта 28 и подбирают состав гранулометрической обсыпки гравия 3 согласно условию

D=Kd

35 где Т1средний диаметр частиц гравия, средний диаметр частиц песка; коэффициент межслойности, равный 6+10.

Й

К—

Выбирают интервал формйрования фильтра 1 и рассчитывают объем гравия 3, подлежащего закачке в скважину 2.

В скважину 2 устанавливают фильтро45 вую 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 водоподьемную 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 стороны фильтровой колонны 4. Кольцевое пространство 26 скважины 2 герметизируют сальником 27.

На поверхности предварительно промытый фракционированный гравий 3 с коэффициентом 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 15.

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 через 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 вход— ном 17 и выходном 19 патрубках герметичного бункера 15. Рассчитывают коэффициент турбулентной фильтрации очищенного, промытого гравия 3 при компа укладке в герметичном бункере 15, т.е. определяют коэффициент турбулентной фильтрации оптимального гравийного фильтра 1.

0 Т.

К = - —— аРИ

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

Сопротивление циркулирующему в скважине потоку поддерживают постоянным

1 Щ

Н

Н + „ Н + - + †- =const

«н (,,и .Е h К g 2 К у

s-М где > . Е„, Н вЂ” сумма местных и линейных коэффициентов сопротивления;

1479627

P — текущее значение давн ления нагнетания на насосе;

n,m — количество местных и линейных участков сопротивления циркуляции, при g P,> ДР увеличением репрессии на пласт за счет увеличения расхода жид- 10 кости-носителя, а при ДP Д P дополнительным импульсным воздействием на частицы гравия в фильтре определяют исходное и текущее сопротивление гравийного фильтра 15 (=

1 1 1

К (2гн) (r+ г,„, 1 1 1 — — — (— ), К (21 "Н) «,р гскь где — исходное и текущее сопро71 ò тивление гравийного фильтра;

»r«э РадиУс Фильтровои колон- 25 ны и скважины, причем . при 0,9 1 > 1 ъ!,l (качество фильтра считается неудовлетворительным, гравий из скважины вымывают 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 I где частицы откладываются, а жидкость-40 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 45 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- 50 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 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.

По величине повышения давления на манометре 20 определяют перепад давления в намываемом гравийном фильтре l и текущие значения коэффициента турбулентной фильтрации гравия 3 г (1 Н

К = — —— дР- у т т где ДР— потери напора в намываемом

Т слое гравия; (д — площадь поперечного сечения гравийного фильтра, перпендикулярная направлению фильтрационного потока р

Н вЂ” высота намываемого фильтра; расход жидкости носителя, Сопоставляя полученное значение

К с оптимальными значениями К судят о качестве проводимых работ и характере осложнений в процессе закачки, При высоком качестве фильтра

1 К =К . Отклонения текущих значений К 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 жидкостиносителя на поверхности в гравийный фильтр l может попадать до 2Z инородных примесей, преимущественно за

1479627.Учитывая, что допустимая погрешность при определении параметров в процессе закачки составляет 5% î÷åвидно, что нормальный процесс сооружения гравийного фильтра 1 в скважине

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

1

) ° скв

11 1 — — — — — (—

P К (2кН) r Р

1 1 — — — — — (К (2«Н) г

), гск в счет эффекта шелушения стенок скважины 2, что приводит к снижению коэффициента турбулентной фильтрации гравия 3 в фильтре 1 до 5% по сравнению 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 15

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- 20 носителя не по всей площади сечения

Фильтра 1, связанной с неравномернйм 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 поддержание текущих значений коэффициента турбулентной фильтрации намываемого слоя гравийного фильтра 1 в пределах расчетных значений. Увеличение текущих значений коэффициента турбулентной фильтрации гравия 3 в намываемом фильтре 1, связанное с несоосной установкой фильтровой колонны 4 в скважине 2 по отношению к расчетным значениям при компактной укладке 40 гравия 3, может достигать 5%. где г,r — радиус каркаса фильтра и скважины.

При уменьшении в сравнении с расчетными значениями, связанном с увеличением коэффициейта турбулентной фильтрации гравийного фильтра

1 по сравнению с расчетными значениями К ) К, рыхлым сложением частиц 3 и образованием открытых каналов и пустот в фильтре I осуществляют импульсное воздействие на гравийный фильтр 1 до стабилизации К в пределах К

Прй увеличении „ в сравнении с расчетными значениями, связанном

7Р с обрушением стенок скважины 2 и попа— данием в фильтр 1 инородных примесей, увеличивают репрессию на пласт 28 путем увеличения расхода смеси.,Увеличение расхода смеси осуществляют до стабилизации значений Y. в пределах

К и дальнейшую закачку ведут при повышенном расходе.

Сопоставляя („ и, оценивают качество работ, причем йри 0,9 ()

> 1,1 (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 d=0,1 мм согласно имеющимся рекомендациям BbI6рали средний диаметр частиц гравия D=O 6 мм с коэффициентом неоднородности f=2.

В скважину установили фильтровую колонну с основным и контрольным фильтрами, отстойником. Внутрь филь— тровой колонны на вспомогательной колонне труб спустили распределитель— ный узел,водоподъемную колонну со свабом и вибратором, причем распре— делительный 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 пав

1479627

10 полнения бункера включали вибратор и уплотняли гравий в бункере до максимальной плотности сложения частиц.

Площадь поперечного сечения бункера, перпендикулярная направлению фильтрационного потока, соответствовала площади поперечного сечения гравийного фильтра в скважине °

При начальном расходе жидкости-но- 10

-з з сителя 5 ° 10 м /с давление в нагнетательной магистрали составило

1,24 МПа, перепад давления на бункере Р=0,62 МПа, Расчетный коэффициент турбулентной фильтрации гравия 15 при оптимальной укладке составил

0 005 10

P КРУ 0,62 106. 0,07

-6 м 10 20 кг

Регулированием диаметра внутреннего отверстия диафрагмы на выходном патрубке герметичного бункера установили объемную концентрацию гравия в смеси равной 3-5Х. Равномерное поступление частиц с жидкостью-носителем в скважину достигалось включением вибратора, установленного на корпусе герметичного бункера, так как 30 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.

Я Ч.Т

К т от > т 40

Нормальный процесс сооружения гравийного фильтра наблюдался при К =К 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 сопротивления, равного сопротивлению гравия в бункере. Учитывая, что сопротивле †. ние гравия в бункере оптимально, можно предположить, что в скважине формируется фильтр высокого качества, В течение 21 мин с начала закачки

„ значения К соответствовали расчетным

Кр и составляли 8, 2*10 м /кг. На

22 мин давление в нагнетательной магистрали 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

0,005 0,00025 12 -1м

0,04 106 0,07 кг

Для устранения обрушения стенок скважины увеличили подачу жидкостиносителя до 0,006 м /с, давление в

9 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 м /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 гравиином фильтре скважины открытых каналов и пустот. Для устранения осложнения, связанного с рыхлым сложением частиц в фильтре, включили вибратор, находящийся на водоподъемной колонне труб и 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 скважиниыми или поверхностными вибраторами. Впоследствии осложнений при сооружении гравийного фильтра в скважине не наблюдалось.

Расчетное, оптимальное сопротивление гравийного фильтра составило

1=, - °

1 1 1

= — — — — (— — — -)=

Р К (27Н) r r „>

1 1

8,23 ° 10 ь (2 3 14 10) О, 18

1479627

1 Э кг — ----) 8,52 10

0,36 м

Средний коэффициент турбулентной фильтрации гравийного фильтра, камы- 5 того в скважине, составил К =7,98 10 м /кг, а текущее сопротивление фильтра

1 10 (— — — — — )—

7998 10- (2,3%14 „10) 0918 0936 кг

=8 79 ° 10

9 7

Сопоставляя текущее сопротивление 15 гравийного фильтра, полученное при закачке, можно утверждать, что значения (находятся в допустимых пределах от расчетных значений 0,9-1,1 и качество гравийного фильтра высо- 20 кое.

По полученным значениям сопротивления фильтра 1 оценивали несовершен r ство скважины йо характеру вскрытия, определяли погрешность в определении 25 параметров пласта при откачке и прогнозировали эксплуатационные характеристики скважин по известным методикам.

При сооружении гравийных фильтров 30 по предлагаемой технологии получили фильтры с высокими гидравлическими характеристиками, удалось предотвратить обрушение стенок скважины, перемешивание песка с гравием, кольматацию пласта и обсыпки, обеспечить компактную укладку гравия в фильтре.

Время освоения скважин, оборудованных по новой технологии, уменьшилось в 2-3 раза, а удельные дебиты возрос- 40 ли более чем на 207 по сравнению со скважинами, пробуренными в аналогичных условиях и оборудованных гравийны1:1и фильтрами по технологии прототипа. 45

Формула изобретения

Способ сооружения гравийного фильтра в скважине, заключающийся в под- 50 боре состава гравийной обсыпки, установке фильтровой колонны с каркасом фильтра, контрольным фильтром и отстойником, спуске внутрь фильтровой колонны вспомогательной колонны, распределительного узла и водоподьемной колонны, их фиксации внутри фильтровой колонны, заполнении гравием установленного в нагнетательной где К вЂ” исходное значение коэффици1 ента турбулентной фильтрации гравия; (! — расход жидкости носителя;

L — высота гравия в бункере;

hP — перепад давления на бункере;

Q — площадь поперечного сечения бункера, перпендикулярная направлению фильтрационного потока, измеряют величину потерь напора в намываемом слое гравийного фильтра, olIределяют текущие значения коэффициента турбулентной фильтрации гравия в фильтре.

0 H

К=т Р u, где К вЂ” текущие значения коэффициента турбулентной фильтрации гравия в намываемом слое фильтра;

Н вЂ” высота намываемого гравийного фильтра;

6Р— потери напора в намываемом

r слое гравия;

И вЂ” площадь поперечного сечения гравийного фильтра, перпендикулярная направлению фильтрационного потока, сопоставля1,т текущие значения коэффициента турбулентной фильтрации с исходными значениями, сопротивление потоку, циркулирующему в скважине, поддерживают постоянным

Рн

1=m н„+ н„+

q» ., н

KL K,К

- - + †- =const (» т магистрали на поверхности бункера, промывки скважины и закачке гравия из бункера в зону формирования гравийного,фильтра при комбинированной циркуляции, отличающийся 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

О 1.

КР(Р

1479627!

4 где P — текущие значения давления нагнетания на насосе;, Нд — сумма местных и ли".17

Составитель Е.Молчанова

Редактор N.Ñåðåäà Техред М.Ходанич Корректор Э.Лончакова

Заказ 25!4/3l Тираж 515 Подписное

В!!ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". г.ужгород, уп. Гагарина,101 кейных коэффициентов сопротивления циркуляции;

n m — количество местных и линейных участков сопротивления циркуляции, при h.Р ) ЬР увеличением репрессии на пласт посредством увеличения расхода жидкости носителя, а при hP сАР дополнительным импульсным воздействием на частицы гравия в фильтре определяют исходное и текущее сопротивление гравийного фильтра! I 1

= — — — — (— — — -)

5 р К (2iH) т, r „ ! 1 I

= — — — — (— — — -)

К (2«Н) г г „

I где — исходное и текущее со т про тивление rpaBHAHo ro филь тра; г,г „ - радиус каркаса фильтра и скважины, 15 и по судят о качестве гравийного фильтра.