ОЧИСТКА ОТ ПЕСКА ЗАБОЯ СКВАЖИНЫ

 

Появление песка на забое скважины может быть обуслов­лено оседанием частиц пласта, выносимых через перфорацион­ные отверстия в эксплуатационной колонне во внутреннюю полость скважины. Этот процесс происходит практически во всех нефтяных и газовых скважинах, и его интенсивность оп­ределяется механическими свойствами продуктивного пласта.

Песок может оказаться на забое скважины после проведе­ния операций подземного ремонта скважины, связанных с использованием гидропескоструйных перфораторов, и после выполнения гидравлического разрыва пласта. Наконец, опре­деленное количество песка может быть намыто при создании искусственного забоя и т.д.

Независимо от причин появления песка для обеспечения нормальной эксплуатации скважины его следует удалять. При этом отрицательное воздействие на пласт должно быть минимальным.

При выборе оборудования для выполнения подобных ра­бот нужно иметь в виду, что длина колонны гибких труб, со­держащихся на катушке барабана агрегата, должна быть не меньше глубины забоя скважины.

Очистку эксплуатационной колонны (или забоя) от песка осуществляют с помощью внутрискважинного оборудования, схема которого для выполнения данной операции показана на рис. 5.2. У устья скважины располагают агрегат с колонной гибких труб, насосный агрегат, буферную емкость для приема поднимающейся из скважины промывочной жидкости.

Основным требованием к последней является способность ее выносить твердые частицы из скважины, что необходимо и при бурении, и при подземном ремонте скважин. Во время работы с колоннами гибких труб выполнение этого требова­ния приобретает особую важность, поскольку их использова­ние накладывает определенные ограничения на эффектив­ность данного процесса.

В качестве промывочных используют два типа жидкостей - ньютоновские и неньютоновские. К первой группе относятся вода, соляные растворы на воде, углеводородные жидкости (дизельное топливо, очищенная нефть и т.п.). Все они имеют постоянную вязкость.

Вторую группу составляют буровые растворы и гели. Для них характерно наличие зависимости вязкости от условий течения, они обладают ярко выраженными релаксационными свойствами, а зависимость между скоростью и напряжением сдвига у них нелинейна.

Помимо описанных используют сжимаемые жидкости, со­держащие газ. К ним же, правда, с определенной условностью могут быть отнесены и пены, поскольку они представляют собой газожидкостную эмульсию. В качестве жидкости для образования пен используют воду или нефть, в качестве газа -азот. Для образования устойчивой пены добавляют неболь­шое количество ПАВ (до 5 - 6 %). Использование пен в ка­честве промывочных жидкостей обусловлено стремлением снизить гидростатическое давление на пласт при выполнении технологических операций. Важным свойством пены является ее способность удерживать во взвешенном состоянии круп­ные твердые частицы, что не

1 - жидкость с частицами песка, подни­мающаяся на поверхность; 2 - полимер­ный гель, закачиваемый в скважину; 3 –песок

Рисунок 5.2. - Схема внутрискважинного обо­рудования при промывке

забоя скважи­ны

удается другим типам промы­вочных жидкостей. При промывке скважин, имеющих угол наклона более 30°, применение пен нежелательно, так как при их распаде в процессе подъема по колонне лифтовых труб происходит образование застойных зон в местах, где ко­лонна гибких труб соприкасается с внутренней поверхностью лифтовых труб. В ряде случаев может образовываться поток жидкости, направленный сверху вниз, который переносит частицы песка обратно на забой. Предотвратить это явление можно, если обеспечить турбулентный режим течения про­мывочной жидкости по всему поперечному сечению лифто­вой колонны. Этому способствует подача в промывочную жидкость азота.

Жидкости, содержащие газ и пены, требуют более слож­ных режимов работы оборудования. При их использовании, как правило, необходимо обеспечивать дросселирование под­нимающегося потока на выходе из устьевой арматуры.

В качестве промывочного агента используют также и газ, в подавляющем большинстве случаев - это азот. К положи­тельным его свойствам следует отнести нетоксичность, инерт­ность, плохое растворение в воде и углеводородных жидко­стях. Использование газа позволяет резко снизить величину гидростатического давления на забой скважины.

Основными показателями процесса промывки скважины являются величины скоростей в колонне гибких труб u _г и затрубном пространстве u _з:

u _г = 1, 274 × Q / d _тр.в ²;

u _з = 1, 274 × Q /( D _в ² – d _тр.н ² ),

где d _тр.н, d _тр.в., D _в - наружный и внутренний диаметры гибкой трубы,

внутренний диаметр труб в которые спущена KIT,

    Q - подача технологической жидкости.

 

Скорость восходящего потока при работе с КГТ, как и при любой промывке, должна превосходить скорость оседания в ней твердых частиц. Это условие справедливо для вертикальных скважин и наклонных участков в последних с отклонением от вертикали до 45⁰. Для более пологих и тем более горизонтальных участков скважины процесс выноса твердых частиц гораздо сложнее. В таких случаях происходит образование застойных зон в местах контакта гибкой трубы со стенкой скважины или эксплуатационной колонной. В этой зоне частицы песка оседают, несмотря на достаточную сред­нюю скорость течения. Для предотвращения этого явления или сведения его отрицательного эффекта к минимуму необходимо обеспечивать достаточную турбулентность потока восходящей жидкости.

Для оценки возможности выноса твердых частиц потокомжидкости используют понятие установившейся скорости оседания частиц.

Установившаяся скорость оседания u _y сферических твер­дых частиц малого размера может быть определена из эмпи­рического уравнения

 

u _y = R е(0, 001 × m )/ D _ч × r _ч

 

где Re - число Рейнольдса для сферических песчинок (для условий промывки

песка в скважинах оно может принимать значения до 500);

m - вязкость жидкости;

D _ч - диаметр час­тиц;

r _ч - плотность твердых частиц.

 

Анализ показывает, что установившаяся скорость оседания для частиц песка размером 0, 84 мм составляет 0, 128 м/с, а для 2 мм - 0, 274 м/с. Поскольку гранулометрический состав песка в пробке достаточно разнообразен, то расчеты следует прово­дить с учетом максимальных размеров песчинок, выносимых на поверхность. Считается, что для обеспечения подъема песка. В вертикальной скважине скорость восходящего потока жидкости должна превышать установившуюся скорость оседания в I 1, 5 - 2 раза, а в горизонтальных участках - в 10 раз. Если ньютоновская жидкость не обеспечивает выноса пес­ка, необходимо использовать пену или газ.

Основным фактором, ограничивающим скорость движения промывочной жидкости в восходящем потоке, являются гид­родинамические потери на трение в КГТ. Для их преодоле­ния нужно развивать такое давление на входе в колонну, ко­торое ограничено лишь прочностью труб.

В большинстве случаев основная доля гидродинамических потерь во внутрискважинном оборудовании приходится на колонну гибких труб. Гидравлическое сопротивление кольце­вого пространства примерно на порядок меньше этих потерь. Следует иметь в виду, что при концентрации твердых частиц в жидкости до 360 кг/м³ вязкость последней практически не изменяется и при расчетах ее можно рассматривать как чис­тую жидкость. Свыше указанного предела необходимо учи­тывать изменяющиеся свойства жидкости.

Наличие твердых частиц в промывочной жидкости, под­нимающейся по кольцевому пространству, приводит к повы­шению гидростатического давления на забой. Их присутствие обусловливает увеличение давления насоса, подающего тех­нологическую жидкость в КГТ. При использовании для кон­троля за давлением стрелочных манометров со шкалой, рас­считанной на максимальные величины, этот прирост может быть и незаметен оператору. Однако если плотность жидко­сти подбиралась недостаточно точно и имеется опасность по­глощения ее пластом, то может возникнуть следующая си­туация. При увеличении гидростатического давления техно­логическая жидкость будет уходить в пласт. При этом ее рас­ход в восходящем потоке уменьшится, а плотность последне­го будет все время возрастать, что повлечет за собой даль­нейшее увеличение гидростатического давления. Этот про­цесс будет идти до тех пор, пока не произойдет полная поте­ря циркуляции, песок опустится по кольцевому пространству вниз и произойдет прихват колонны гибких труб. Подобная ситуация и ее развитие имеют прямые аналоги при проведе­нии буровых работ.

Поэтому при планировании операций по удалению песча­ных пробок необходимо предусматривать возможность утечки пластовой жидкости в пласт и иметь ее запас. Концентрация твердых частиц, слагающих пробку в техно­логической жидкости, поднимающейся по кольцевому прост­ранству, определяется скоростью перемещения КГТ в пробке.

При удалении одиночной рыхлой пробки концентрация твердых компонентов в поднимающейся жидкости мала и практически не оказывает влияния на гидростатическое дав­ление. При очистке колонны достаточно большой длины с несколькими пробками следует контролировать расход тех­нологической жидкости из кольцевого пространства. В том случае, если расход жидкости уменьшается или прекращается вообще, необходимо поднять колонну, продолжая закачку жидкости до возобновления циркуляции.

Специалисты американских и канадских фирм, выполняю­щих подобные работы, рекомендуют ограничивать скорость спуска КГТ до 9 - 12 м/мин, если положение пробки неиз­вестно. Если оно установлено, скорость может быть увеличе­на до 18 м/мин. В процессе спуска КГТ должна поддерживаться непрерывная циркуляция жидкости. Нежелательно 1 также оставлять КГТ неподвижной в течение длительного времени.

После размыва пробки или ее участка нужно продолжать / промывку без изменения глубины подвески КГТ до тех пор, пока из кольцевого пространства не будет вынесен весь объем песка. При дальнейшем спуске колонны следует контро­лировать нагрузку на транспортер - она должна монотонно увеличиваться пропорционально глубине спуска. Периодиче­ски через 300 м целесообразно проверять усилие, необходи­мое для подъема колонны.

При разрушении плотной пробки может возникнуть си­туация, когда пробка воспримет вес КГТ и ее перемещение прекратится. Такое положение однозначно отражается на по­казаниях индикатора веса колонны и манометра, регистри­рующего давление, развиваемое насосом, - показания перво­го прибора уменьшаются, а второго увеличиваются. После определения верхней границы пробки колонну гибких труб приподнимают на 3 - 5 м и увеличивают подачу промывоч­ного насоса до расчетной величины. Скорость перемещения колонны при разрушении подобной пробки составляет 1 -3 см/с.

Если этот интервал достаточен для образования объема, в котором песок находится во взвешенном состоянии за счет турбулизации жидкости истекающим из КГТ потоком, то при входе в колонну лифтовых труб скорость подъема резко воз­растает и процесс выноса песчаных частиц идет нормально. Если это условие не соблюдается, то верхняя граница распо­ложения взвешенных частиц находится ниже башмака лиф­товой колонны. В этом случае песок не будет выноситься на поверхность.

Для обеспечения эффективного выноса песка используют пены или полимерные гели, приготавливаемые на водяной основе и имеющие повышенные сопротивления сдвигу и низ­кую вязкость.

При достижении башмака лифтовой колонны и подходе к вероятной точке нахождения песка скорость спуска умень­шают до среднего значения. Момент соприкосновения нако­нечника гибкой трубы с песчаной пробкой определяют по индикатору нагрузки - величина усилия в точке подвеса трубы резко уменьшается, а давление, развиваемое промывочным насосом, возрастает.

Для повышения эффективности процесса разрушения пробки используют насадки на КГТ различной конструкции. Все они основаны на гидромониторном эффекте, а отличаются числом отверстий и направлением. Потери давления на подобных насадках могут достигать 17 МПа.

Для уменьшения гидростатического давления на пласт при удалении песчаных пробок существуют способы, основанные на применении струйного насоса, спускаемого на двух коаксиально расположенных колоннах гибких труб. При этом проблемы с выносом песка не возникает, так как скорости и нисходящего, и восходящего потоков промывочной жидкости достаточно велики. Положительным свойством данного спо­соба является и то, что гидростатическое давление жидкости, находящейся в скважине и воздействующей на пласт, может быть сведено к минимуму.

Использование данного способа промывки может быть реализовано только при достаточном внутреннем диаметре труб, в которых происходит перемещение коаксиальных ко­лонн гибких труб.

Все описанные выше проблемы возникают и решаются при прямом способе промывки, когда технологическая жидкость направляется к пробке через колонну гибких труб. Несмотря на советы не допускать попадания во внутреннюю полость песка и других компонентов пробки, есть мнение о целесооб­разности использования обратной промывки. Все вопросы о преимуществах и недостатках прямой и обратной схем про­мывок при удалении пробок достаточно хорошо разработаны для традиционных способов ПРС. В данном случае они ос­таются справедливыми.

Основным опасением и аргументом против использования схемы обратной промывки является возможность закупорки КГТ продуктами, слагающими пробку. Кроме того, при пода­че жидкости в кольцевое пространство может произойти по­теря устойчивости колонны гибких труб в верхней части и смятие. Практические эксперименты и предварительные рас­четы режимов выполнения обратной промывки показывают, что в качестве технологических жидкостей в данном случае можно использовать только несжимаемые. Естественно, что Г, 3-обратные клапаны на КГТ и какие-либо другие устройства, пропускающие жидкость в одном направлении по колонне и всему тракту ее течения, устанавливаться не должны.

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: