Способ сооружения технологических скважин в рыхлых песчаных отложениях

 

ИСАНИЕ

Сеназ Соаетсиии

Социалистические

Республми

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву(22) Заявлено 08.02.79 (21) 2722027/22-03 с прнсоелниением заявки Ж— (23) Приоритет

Опубликовано 15.08.81. бюллетень Ж 30

Дата опубликования описания 18.08.8 l (51) M. Ê .

Е 21 В 43/04 теаударетееииый комитет

СССР ло делам изееретеиий и еткрытий (53) УДК 622.

° 245.3 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. В. Кульгин и М. К. П.именов (71) Заявитель (54) СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

СКВАЖИН В РЫХЛЫХ ПЕСЧАНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ

Изобретение относится к горной промы шленности, а точнее к буровому делу, и может быть использовано при сооружении водоразборных скважин, скважин для goбычи различньп жидких полезньп ископаемьп, скважин для разработки месторожS дений твердых полезных ископаемых ме тодом подземного выщелачивания, скважин для закачки воды или жидких промышленных orxoaos в проницаемые подземные ro10 ризонты и др.

Одним из главных условий применения технологических скважин для указанных целей является наличие у них устойчивой прифильтровой зоны. Критерием устойчивости является работа скважин без выноса песка из эксплуатируемого горизонта. Другим одним из важньп условий эффективной работы технологических скважин является достаточно высокая степень промытости прифильгровой эоны or бурового раствора и частиц шлака, обеспечивающих их гребуемую производительность.

Выполнение этих условий чаще всего достигается подбором фильтров различньп конструкций (щелевые, сетчатые, конусные, дисковые и др.), применением специальных промывочных жидкостей или гидравлической обработкой стенок скважины, использованием различных гравийных обсыпок и рядом других операций и приемов, Известны способы сооружения технологических скважин с устойчивой прифильтровой зоной, заключающиеся в засыпке в предварительно подготовленную каверну сначала мелкозернистых, а затем крупнозернистых материалов (l) .

Однако данный способ не обеспечивает создание качественного фильтра, в результате чего скважина длительное время пескует..

Наиболее близким к предлагаемому является сйособ сооружения гехнологических скважин .в рыхлых песчаных отложе» ниях, включающий бурение скважин, оборудование ее обсадной колонйой труб, водоподьемной колонной труб с перфоригде ц - половина высоты каверны;

) — угол естественного откоса каверны; 35

Я„- объем первой порции засылаемого материала, для второй к каждой последующей стадии по формуле

= Я1)В(ф е)-> 1ñ д где E - высота слоя засыпаемого матерИала в каверны; — Объем второй и последующих порций засыпаемого материала.

На чертеже представлена схема осуществлен кя способа.

Сооружение технологических скважин осуществляется следующим образом.

После бурения в водоносном продуктивном горизонте 1 скважины 2 до заданной глубины и оборудования скважины до этой глубины водоподъемной колонной труб 3 и расположенной выше, на уровне расчетной высоты, создаваемой последующими операциями водоприемной каверны, обсадио (защитной) колонной труб 4 подают в кольrresee межтрубное пространство крупноэер1

50 рованным нижним концом и Оборудование приемной каверны в продуктивном гаризонте путем откачки жидкости через скважину с одновременной засыпкой в кавер ну зернистого материала с различным 5 гранулометрическим составом (ф).

Недостаток этого способа заключается в- том, что кровля образующейся каверны неустойчива, склонна к разрушению, что снижает эффективность работы скважины, Бель изобретения- повышение эффективности работы скважины посредством обеспечения устойчивости обширной приемной каверны в любой части продуктивного горизонта. 15

Поставленная цель достигается тем, что засыпку зернистого материала производят в несколько стадий, при этом в первой стадии засыпают материал с гранулометркческим составом, обеспечивающим прохож- 20 пение через него песка продуктивного горизонта, во второй стадии - материал с гранулометрическим составом, исключающим прохождение его через материал предыдущей засыпки, а в последней порции засыпают материал с гранулометрическим составом, исключающим прохождение через него песка продуктивного горизонта, в объемах V, определяемых для первой стадии по формуле

З0 нистый матеркал 5, подобранный таккм образом, чтобы он мог свободно пропускать через свои поры частицы песка, водоносного горизонта 1. Одновременно с подачей крупнозернистого материала ведут откачку жидкости кз скважины с максимальным расходом.

После подачи расчетного объема крупноэернИстого материала, не прекращая откачки, подают менее крупный, чем материал 5, но более крупный, чем песок горизонта <, зернистый материал 6, подобранный так, чтобы он не мог проходить сквозь поры материала 5 и не мог прс пускать сквозь свои поры песок водоносного горизонта 1. Подачу зернистого материала 6 к откачку ведут до прекраще-. ния выноса песка из скважины, после чего скважина считается пригодной в эксплуатации, Количество эасыпок материала с различной зернистостью может быть больше

2. Например, материал 6 может быть подобран пролускающим песок 1, тогд а выше этого слоя засыпается непроиускающий слой и т.а.

Устойчивость прискважинной зоны и высокая производительность скваЖин, близкая к,бесфнльтровой по данному способу обеспечивается наличием на нижнем конце водоподьемных труб отрезка 7 с огаерстиями в своих стенках и дне, размеры которых позволяют свободно пропускать песок 1, не задерживают крупнозернистый материал 5, а также образованием устойчивых границ между матеркаламк различной зернистости.

Нижняя граница 8 каверны, образующейся в водоносном горизонте в результате выноса песка через материал 5 и замешением последним освободившегося . пространства, представляет собой поверхность конуса, Образующий угол которого равен углу естественного откоса песка.

Устойчивость этой границы, или иначе отсутствие выноса песка из-за этой границы внутрь конуса, подтверждена опытом работы бесфкльтровых скважин.

? заница 8 между насыпными материалами раэличиой зернистости является также поверхностью конуса с образующей,которая имеет угол наклона, также равный углу естественного Откоса материала 5.

Образование границы 10 связано с движением зернистого материала 6, вызываемого в это время наличием углов на его поверхности, больших, чем углы естественного откоса, и необходимостью замещения им пространства, освобождаемого песком водоносного горизонта, выносимого внутрь крупнозернистого материала и далее в скважину. Стабилизация границы 10 наступает в момент достижения материала 6 гочкн KoHt&Kta крупнозерннстого материала с песком горизонта. В этот момент прекращается вынос песка внутрь каверны и соответственно подвижка всех границ.

Перфорированная часть водоподъемной колонны 7 принимается по расчету, равной глубине нижнего конуса каверны, с целью предотвращения выдавливания насыпного материала внутрь водоподъемной колонны

3, развивающимся в дальнейшем горным давлением. В принципе, при непродолжительном сроке службы скважины, она может работать и без части 7, т.е. через дно как бесфильтровая скважина. Следует отметить также, что при необходимос- 2О ти перфорированная часть 7 може быть углублена и ниже вершины нижнего конуса каверны, например, для создания дополнительной входной поверхности при использовании скважины в процессах. соп- 25 ровождаюшихся зарастаннем пор химическими осадками. В этих случаях переуглубленная часть может быть предварительно обсыпана материалом 6 для предотвращения через нее пескования. 30

Объем необходимого количества материала 5 определяется как удвоенный объем нижнего конуса 4 - (ЩИТ ctgг 9, (5)

Объем необходимого количества материала 6 определяется по формуле

u (®l ))(®+ )Э Э)С <, <о)

2.

49 где - высота слоя материала 6 или разность между высотами конусов с матерналами 6 и 5.

Зернистость материалов 5 и 6 и толщина слоя последнего определяется, исхо- 5 дя иэ гранулометрического состава песка водоносного горизонта опытным путем или по известным рекомендациям, например по СН и П=П=31-74. В соответствии с

СН н П-П-31-74 их зернистость опреде- 5О ляегся иэ соотношений

"-8- 2 и да =4-8, (7) о a„ где 3 - средний диаметр частиц матерка ла 6;

Д - средний диаметр песка водоносо

Horo горнэонта 1;

dg- средний диаметр частиц материала 5.

По формулам (3) - (4) определяют максимальный расход скважкны, соотвегсг вуюший максимально допустимому понижению при известных других приржаых условиях, затем при совместном решении уровней (1) и (4) определяют глубину нижнего конуса к далее по формулам (5 ) и (6) находят необходимый объем эасыпок.

Пример. По заданным гидрогеологичвским услгвиям и параметрам, а также углу естесгвенноГо откоса, равного 30, определен максимальный расход скважины, составивший 10 м /ч. Заданы также внутренний диаметр водоподвемнык труб—

100 мм, средний днаметр частиц аесха0,1 мм и его гранулометрический состав, в соответствии с которыми по CH u

П-П-31-74 определена зерннстость материала 6 и его толщина слоя, составляюшне 1,0 мм и 50 мм.

По этим данным скорость движения воды в скважине составляет по формуле (4), равной 40 см/с:глубина нижнего конуса по формуле (1), равной 40 см; требуемый объем магерннлов 5 и 6 соответЭ ственно составляет 0,4 и 0,1 м ; зернистость матернала 5, Исходя из соотношения (7), прнннмается равной 5 мм.При расчете объема матернала 6 величина 6, входящая в формулу (6), принимается приблизительно равной толщине слоя записи, т.е. 50 мм.

В соответствии с эгнми исходными данными скважину бурят цод обсадную (защитную) колонну до отметки, расположенной выше проектной глубнны скважины на высоту каверны, r.е. на 0,85 м (2%+ 6=0,85), затем обсаживаюг и цементируют затрубное пространство, далее бурят ниже на 0,85, опускают до этой глубины водоподъемную колонну,. нижний конец которой перфарирован на высоту 0,4 м, ° далее ведут откачку с расходом не менее 10 и A с одновременной засыпкой

0,4 м rpaeas диаметром 5 мм в межтрубное пространство, затем подают

0,1 м крупнозернистого песка диаметром 1,0 мм н продолжают откачку до прекращения выноса песка кз скважин.

После erato sepxHsa часть водоприемной колонны, расположенная в 5-10 м выше башмака обсадной колонны, может быть нзвлв чек а.

Экономи хеская эффективность пред лагаемого способа складывается из сокрашения затрат на оборудование скважин аналогичного назначення фнльтрами, на их

855 1. В

°... °: t. ..

Ф

° ° °

° ° 4 о О в ° е

O . о о О 0 +0 0 Оо

9 °

° 4

° у Ф

:х:- Я» ;." o+ opy o а

:::-,".:.r... +0 О

:::„.:.:- .:. о о о о 0 о о

Оо о о о

0

Ig о 1

ВНННПИ Заказ 6889/46 Тираж 627 Подписное филиал ППП Патент", r. Ужгород, уп. Проектная, 4 довольно частый ремонт и перебурку, а также из повышения эффективности некоторыхгеогехнологических процессов, например подземного выщелачивания в результате подачи и сбора растворов непосредственно в рудной части продуктивного горизонта.

Предложенный способ обеспечивает повышение эффективности работы скважины посредством обеспечения устойчивости 1о приемной каверны в любой части продуктивного горизонта;повышение чистоты стенок приемной каверны ог частиц бурового раствора и шлама.

Формула изобретения

Способ сооружения технологических скважин в рыхлых песчаных отложениях, 20 включающий бурение скважин, оборудование ее обсадной колонной труб, водоподъемной колонной труб с перфорированным нижним концом и образование приемной каверны в продуктивном горизонте путем .25 откачки жидкости через скважину с одновременной засыпкой в каверну зернистого материала с различным грануломегрическимсоставом, о тпич аюшийс я тем, что, с целью повышения.эффективнос- Зо ти работы скважины посредством обеспечения устойчивости обширной приемной каверны в гпобой части продуктивного горизонта, засыпку зернистого материала про95 8 изводят в нескопько сткий, при этом в пе рвой стадии засыпают материал с гранулсьметрическим составом, обеспечивающим про. хождение через него песка продуктивного гориэонта, во второй и.последующих стадиях— материал с грануломегрическим составом, исключающим прохождение его через материал предыдущей засыпки, а в послед ней порции засыпают материап с гранулометрическим составом, исключающим прохождение через него песка продуктивного горизонта в обьемах У, определяемых для первой стадии по формуле

М = (2!Ъ)а1ЪС1Я 2(г, где и - поповина высоты каверньг, угол естественного откоса каверны, для второй и каждой последующей стадии (((Ъ),1 ((Ъ+() -j )Сф У, где f — высота слоя засыпаемого материала в каверны.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Тимашев Г. В. и др. Скважинные фильтры. Серия Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсаторных месторождений", М., ВНИИОЭНГ, 1977, с.29.

2. Понкратов Б. А. Высокопроизводительные скважины. Сообщения тактикского фипиала AH СССР, вып. ХХХ1. 1951 (прототип) .