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

(5) Е 21 В 43 08 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ф Г " 3 лЪрф3) й 1ЬЕБ КОТЕКЛ бъедиобычи(71) Научно-производственное онение по термическим методам днефти(56) 1. Авторское свидетельство СССРпо заявке М 3461156/03,кл. Е 21 В 43/08, 1982.2. Цайгер М.А. и др, Современноеоборудование для намыва гравийныхФильтров в скважинах с перфорированной обсадной колонной на подземныхгазохранилищах. 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 гравийнойобсыпки из пластового песка в обсаженной скважине, влючающий установку противопесочного фильтра в скважине с равномерным кольцевым зазоромна уровне перфорационных отверстийи формирование обсыпки в восходящемпотоке пластовой жидкости, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения качества гравийной обсыпкииэ пластового песка, формиоуемой 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.ИэОбретение относится к горной промышленности, а точнее к нефтегазодобывающей, и может быть использовано для предотвращения выноса песка в пескопроявляющих скважинах. 40 5Известен способ и устройство дляФормирования Фильтра путем установкипоследнего с равномерным кольцевымзазором и засыпки гравием 1 1.Недостаток заключается в образовании гравийной обсыпки невысокогокачества.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ создания гравийнойобсыпки из пластового песка в обсаженной скважине, предусматривающийустановку протнвопесочного Фильтрав скважине с равномерным кольцевымзазором на уровне перфорационных:отверстий и Формирование обсыпки ввосходящем потоке пластовой жидкости 20С 22,Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для создания гравийной обсыпки из пластового пескав обсаженной скважине, содержащее 25фильтр, внутреннюю трубу с перегородками и промывочными отверстиями надперегородками 3 1.Однако качество обсыпки при этомневысоко.30Цель изобретения - повышение качества гравийной обсыпки из пластового песка, формируемой в процессеэксплуатации,Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу созданиягравийной обсыпки из пластового пескав обсаженной скважине, включающемуустановку,дротивопесочного Фильтрав скважине с равномерным кольцевымзазором на уровне перфорационныхотверстий и Формирование обсыпкив восходящем потоке пластовой жидкости, при превышении минимальнойскорости восходящего потока надскоростью оседания частиц, диаметр 45которых определяется геометрическимкритерием суффозии грунта, Формирование гравийной обсыпки осуществляютпутем снижения вязкости или дебитапластовой жидкости, а при превышениимаксимальной скорости восходящегопотока над скоростью оседания частиц,диаметр которых определяется размером щели Фильтра путем деления суммарного восходящего потока по высоте э 5кольцевого зазора на отдельныевосходящие потоки,Устройство для создания гравийнойобсыпки из пластового песка в обсаженной скважине, содержащее Фильтр,внутреннюю трубу с перегородкамии промывочными отверстиями над перегородками, снабжено разделительнымиэлементами, установленными с возможностью перекрытия кольцевого зазорамежду обсадной колонной и Фильтром ф 5 на наружной поверхности последнегонапротив перегородки, ниже которыхна внутренней трубе выполнены отверстия, причем промывочные отверстияперекрыты обратными клапанами, ачисло разделительных элементов иперегородок соответствует числувосходящих потоков.На чертеже показано предлагаемоеустройство для создания гравийнойобсыпки иэ пластового песка в обсаженной скважине в начальный момент.формирования обсыпки.Устройство содержит Фильтр 1, вкотором размещена внутренняя труба2 с перегородками 3, жестко связанными с фильтром 1, образующие полости4, На внутренней трубе 2.рядом сперегородками 3 выполнены под перегородкой отверстия 5, а над перегородкой - отверстия б. Отверстия б служатдля промывки пассивной зоны междуфильтром 1 и внутренней трубой 2при регенерации фильтра и перекрываются обратным клапаном 7, выполненным, например, в виде резиновой манжеты, обжимающей наружную поверхность внутренней трубы 2, На наружной поверхности фильтра 1 напротивперегородок 3 установлены разделитель.ные элементы 8, например резиновыешайбы, обеспечивающие перекрытиесечения кольцевого зазора между фильтром 1 и обсадной колонной 9 с перфорационными отверстиями 10. Внутренняяповерхность обсадной колонны 9, наружная поверхность Фильтра 1 и разделительные элементы 8 образуют полость11, Фильтр 1 опускают в скважину наколонне насосно-компрессорных труб(НК 9 12 с пакером 13 в верхней частии обратным клапаном 14 и центратором15 в нижней части,Отношение площади сечения кольцевого зазора между внутренней трубой2 и фильтром 1 к площади сечениякольцевого зазора между фильтром 1и обсадной колонной 9 прИнимаетсямаксимальным, исходя из существующихконструкций фильтров и диаметра обсадных колонн. Вследствие этого,гидравлическое сопротивление кольцевого зазора между внутренней трубой2 и фильтром 1 значительно превышаетгидравлическое сопротивление кольце-.вого зазора между фильтром 1 и обсадной колонной 9.Площадь отверстий 5 принимаетсяравной или больше суммы площадейсечения кольцевых зазоров между Фильтром 1 И внутренней трубой 2 и фильтром 1 и обсадной колонной 9.На примере работы устройства рассмотрим создание гравийной обсыпкииз пластового песка в обсаженнойскважине. После спуска устройства вскважину и фиксации его на уровнеперфорационных отверстий 10 осущестЧ.: дКГ +Р ) сф фк 60 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 величинеБольшая же часть потока представляет собой восходящий поток в кольцевом зазоре между обсадной колонной 9 и фильтром 1, который превращается в радиальный в 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 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 З 5 иэ пластового песка не кольматировалась суффоэионными частицами пласта в процессе эксплуатации скважины, .необходимо .задерживать в полости 11 частицы песка наименьшего диаметра дс, 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 д, необходимо удалить из полости 11. Поэтому минимальная скорость восходящего потока 50 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 Ч частиц диаметра 3 в пластовой жидкости, т.е. должно выполняться условие садной колонной 9, количестваперфо.рационных отверстий 10 в обсаднойколонне 9 или изменением расхода до.бываемой жидкости, а скорость оседания Ч частиц песка в пластовой жидкости - изменением вязкости пластовой жидкости.Однако выполнение только условияЧ . ,М недостаточно для формированийВ 1 Скачественной гравийной обсыпки изпластового песка в полости 11 междуфильтром 1 и обсадной колонной 9.Так как скорость восходящегопотокав полости 11 возрастает с увеличениемколичества перфорационных отверстий10, возможно, что скорость оседанияв пластовой жидкости крупных частицпеска, диаметр которых больше размера щелей фильтра 1, окажется меньшескорости восходящего потока. Этоприведет к тому, что крупные частицы песка будут подхватываться восходящим потоком, подкоситься кверхним щелям фильтра 1 и задерживаться на поверхности фильтра,преграждая путь частицам пластового песка, размер которых менее .д,В результате этого в верхней частиполости 11 сформируется гравийнаяобсыпка иэ пластового песка, неоднородная по фракционному составу, сплохой проницаемостью, котораявпоследствии быстро закольматируетсясуффозионными частицами пласта, что,в свою очередь, может привести кпадению дебита скважины до полного .его прекращения. Чтобы этого непроизошло, максимальную скоростьвосходящего потока в сечении кольцевого зазора между внутренней трубой2 и обсадной колонной 9 необходимоограничить делением потока по высоте из условия, когда максимальнаяскорость восходящего потока Чсоздаваемая суммарным потоком определенного количества перфорационныхотверстий 10, ранна или меньше скорости оседанияЧ частиц. песка в пластовой жидкости, диаметр которыхсоответствует размеру щели фильтра,т.е,ЧЭи (Ч"(ф фк) В предлагаемом устройстве выполнение этого условия обеспечивается наличием разделительных элементов 8, установленных на наружной поверхности фильтра 1 напротив перегодок 3 с возможностью перекрытия кольцевого зазора между фильтром 1 и обсадной колонной 9. Количество разделительных элементов 8 принимается на единицу больше количества восходящих потоков о .Осуществление способа создания гравийной обсыпки из пластового песка в обсаженной скважине рассмотрим на примере месторождения Кенкияк, 1105619148 48 10 30 22 25 30 Исходные данные для расчета по скв. 1506:Ожидаемый дебит скважины,м э/сут 6,0Внутренний диаметр обсадной колонны в продуктивном интервале,ммфракционный состав.пластового песка(ЪЗерна размером, мм0,25 - 0,10,1 - 0,01Менее 0,01Вязкость пластовойжидкости( Ст 1,7По 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 составлятьГФ(85(5 смВыбираем площадь кольцевого сечения между Фильтром и внутренней ,трубой из условияГ =8,50 смфк.2дР 10Тогда площадь кольцевого сечения между внутренней трубой и обсадной колонной составит Г,.к94,0 смгДля 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 дания частиц диаметром д =0,09 мм и плотностью Рп=2(5 г/смэ в пластовой жидкости вязкостью чд 1,7 Ст и плотностью рп =0,0922 г/смэ, определяемая по формуле Стокса, составит45 Ч = - - 1)Ф 4, 42 10 см/с184 рпсДля 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,Чщ,ЭЧ . Определяем минимальную скорость восходящего потока в кольцевом сечении меЖду внутренней трубой фильтра и обсадной колонной площадью Р =94,0 смг при эксплуатационном дебите Яэ =6 и /сут из продуктивного пласта мощностью 60 и = 29 м при плотности перфорации 10 отв, на 1 м по формулек-эИ,. в ( - - 2,55 10 см/а( 65 Скорость восходящего потока ока. зывается 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 пескар с " Ф 54,1 см.(тк Ч Тогда площадь кольцевого сечениямежду фильтром и обсадной колонной" 49,2 смг, а расчетный диаметрфкфильтра 125,1 мм. Принимаем диаметрфильтра равным 125 мм.На месторождении Кенкияк 1 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 внутренней трубы. В случае если указанныемероприятия не обеспечивают снижение скорости восходящего потокадобываемой жидкости из одного перфорационного отверстия до расчетнойскорости оседания частиц песка, 5проводят мероприятия по увеличениюскорости оседания расчетных частицпеска ЧС этой целью в пласт перед пускомскважины в эксплуатацию закачиваютжидкость, например маловязкую нефть,дизельное топливо и т.д.Для предотвращения засоренияприфильтровой зоны скважины собственной мелкой фракцией пласта жидкость вакачивают с расходом, в два"три раза меньшим эксплуатационногодебита скважины, Количество закачиваемой жидкости определяют изусловия-,г 20Чт 4где Ч - объем заканчиваемой жидкосЭ,ти, мЪ - мощность прдуктивного интервала, м; 25п - эффективная пористость продуктивного интервала;Э - диаметр раздренированнойРзоны, определяемый из условия критической скорости 30филь рационного потока впласте, при которой не наблюдается вынос суффозионныхчастиц пластового песка,м.Вязкость жидкости, закачиваемой З 5в пласт, выбирают таким образом,чтобы вязкость жидкости, полученнойв результате растворения закачиваемой жидкости в пластовой, обеспечивала выполнение условия, при которомскорость оседания расчетных частиц 40песка в полученной жидкости Р соответсвовала скорости восходящего потока Чп;.Вязкость пластовой жидкости можно снизить также путем применениятермических методов воздействия 45на пласт,Для получения качественной обсыпки в кольцевом пространствемежду фильтром и обсадной колоннойнеобходимо выполнить условие, при 50котором максимальная скорость восходящего потока не превышала быскорость оседания частиц песка, размер которых равен или больше размера щели фильтра.55Максимальную скорость восходящегопотока ограничиваем делением потокапо высоте из условияЭкЧ = - Чщах пЕ щтк В принятой для расчета скважинескорость оседания частиц песка,размер которых соответствует размерущели 0,2 мм, плотностью Р =2,5 г/смЭв пластовой жидкости вязкостью Ч =Э1,7 Ст и плотностью Р = 0,922 г/смопределяемая по формуле Стокса,составитФ2Ч =- - -1 к 21,82 10 см/с.Ч 18 Ъ.РрТогда количество восходящих потоковопределится из условияЕтк Ч 4Количество перфорационных отверстийК , приходящихся на один восходящийппоток, определится из условияПринимаем количество перфорационныхотверстий, приходящихся на одинвосходящий поток, К =5. Это значит,что разделительные элементы 8 должныбыть установлены с шагом, равнымшагу пяти перфорационных отверстий,т.е. для наших условий при плотностиперфорации 10 отв. на 1 м расстояниемежду разделительными элементамидолжно быть 500 мм.Принимаем площадь отверстий 5на внутренней трубе 2,выполненныхпод перегородками 3, равной илибольше площади кольцевого сечениямежду внутренней трубой фильтраи обсадной колонкой57 Р55 смНа внутренней трубе 2 выполняем шесть отверстий 5 под перегородкой 3 щелевые, размером 10 х 110 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.Корректор А,Тяско 563/25ВНИИПИ Гопо дела113035, М Тираж 565 ударственного комитета изобретений и открыти сква, Ж, Раушская н