Способ сооружения гравийного фильтра в скважине и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 148138 1)4 Е 21 В 43 О ТЕНИЯ ПИСАНИ Ек к.(57) Из и делу. ества ие за л ьтры1985,фильтра, в нисход В процес над карк 5-20 о к вий г ые М 00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологииинженерной геологии(56) Гаврилко В,М. и др. Филбуровых скважин;М,: Недра,с, 223-235.Там же, с, 213-214,Квашнин Г.Н. и др, Водозаборнскважины с гравийными фильтрами, -М,: Недра, 198 1, с.203-204,(54) СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ГРАВИЙНОГОФИЛЬТРА В СКВАЖИНЕ И УСТРОЙСТВО 1;ПЯЕГО ОСУП 1 ЕСТВЛЕНИЯ ретение относится к горно 11 ель изобретения - повышение сооружаемого фильтра и снират на сооружение, Устанавльтровую колонну с каркасом Закачивают гравийную смесь щем потоке по колонне труб. е закачки гравийную смесь асом направляют под углом си скважины. Закачивают гралометрического состава с1481384 учетом диаметра частиц гравия, среднего диаметра частиц песка продуктивного пласта, размера отверстий фильтра. При прохождении гравийной частицы через отклонитель наиболеекрупные частицы движутся у лежачегобока, а мелкие взвешиваются в потоке.Устр-во для осуществления данногоспособа содержит фильтровую колонну1, бурильную 2 и вспомогательную 3колонны, соединяющий эти колонны распределительный узел 4, герметизирующий элемент 12 в кольцевом пространстве 11 скважины. Узел 4 выполнен ввиде конусного выступа 5 с вершиной,Процент ситового отсева, послекоторого диаметр частиц гравия соответствует размеру отверстий каркаса 25 фильтра, определяется из формулыВф+ 2 е) - ВЬ) 100 ж.и= -Ьс О 1Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при сооружении гравийного фильтра в скважинеЦель изобретения - повышение качества сооружаемого Фильтра и снижение затрат на сооружение.На фиг1 показано устройство, установленное в скважине, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на Фиг.3 - принципиальная схема разделения гравийных частиц в поперечном сечении отклонителя по крупности.Способ осуществляют следующим образом.На основании гранулометрического состава продуктивного пласта и конструкции скважины, обеспечивающей заданные режимы эксплуатации, выбирают гранулометрический состав гравия. Средний диаметр частиц гравия выбирают равным половине суммы среднего диаметра частиц песка продуктивного пласта, умноженного на коэффициент межслойности и размера отверстий каркаса фильтра. Затем определяют процент ситового отсева, после которого диаметр частиц гравия соответствует среднему диаметру частиц песка продуктивного пласта и размеру отверстий каркаса фильтра. Искомый процент ситового отсева определяется из условия необходимости равномерного перекрытия поверхности стенок скважины и каркаса Фильтра обращенной к устью скважины и образующей, наклоненной к оси скважиныпод углом 5-20, и ответного конусного углубления 6. Оно соединено свыступом 5 параллельными оси скважины патрубками 7, имеющими отверстия8. Последние совпадают с отверстиями 9 и 10, выполненными в выступе 5и углублении 6. Гравийная смесь поступает в пространство 11, где откидывается гравий, жидкость отфильтровывается в колонне 1, а через колонну3 углубления 6 по пространству 11поднимается к устью, 2 с,п. Ф-лы,3 ил. частицами фракций Ю и 0 соответственно количеством слоев, определяемых из окатанности гравия, назначения скважины и условий эксплуатации.5 Количество слоев гравия, учитываемоекоэффициентами надежности а и Ь, вы" бирается .от 3 до 10, исходя из необходимости исключения миграции через 10частицы определенной фракции болеемелких частиц. Процент ситового отсева, после которого диаметр частиц гравия соответствует среднему диаметру частиц песка продуктивного пласта, умноженного на коэффициент межслойности определяется из формулы ш= а-1002.20 П - Ю Способ заключается в установкефильтровой колонны с каркасом фильтра и закачке гравийной смеси в нисходящем потоке по колонне труб. В процессе закачки гравийную смесь направляют под углом 5-20 к оси скважины, осуществляют закачку гравия гранулометрического состава1481384 Кд + ср е2 Р = Кс 1, Р= Кн Кй что она двигается в отклонителе в устойчивом режиме, если подъемная силаГ компенсирует силу тяжести за вычетом силы Архимеда Рт - Ргде р,Рв =ЮГ Б(ч 2 - ч 2); 10 где Я - площадь миделевого сечения частицы крупностью р;15ь 2 - скорости обтекания частицы по противоположным относительнО ПРОдольной оси симметриипотока сторонам;р- диаметр частицы гравия,"8 - ускорение свободного падения.Частица крупностью рв установившемся режиме двигается у лежащего бока отклонителя, если градиент скорости у лежачего бока отклонителяравен а, Ь - коэффициенты надежности,рс,р - диаметры скважины и фильтровой колонны соответственно,При прохождении гравийной смесичерез отклонитель наиболее крупныечастицы движутся у лежачего бока(при выходе и колонны труб), а мелкие взвешиваются в потоке, причемчем мельче частицы, тем ближе онидвижутся в установившемся режиме кпродольной оси симметрии отклонителяи тем с большей горизонтальной скоростью они перемещаются от фильтровой колонны к стенкам скважины послепрохождения отклонителя и на тембольшее расстояние удаляются от каркаса фильтра в процессе. формирова- ения гравийной обсыпки. 45Взвешивание частиц гравия в отгдклонителе происходит под воздействием подъемной силы, обусловленнойградиентом скорости в поперечном сечении потока в отклонителе. В процессе закачки необходимо, чтобы частицы гравия крупностью Ри большейоткладывались в непосредственнойблизости от каркаса фильтра. Дляэтого необходимо, чтобы частицы круп ностью р и большей двигались по ле-жачему боку отклонителя.Учитывая влияние действующих начастицу гравия сил, можно записать, из ЛФ 2 г-, з 1 пс30 РЗ7 Требуемый градиент скорости у лежачего бока отклонителя обеспечивает. -ся заданием определенного расходазакачки: для ламинарного потока 1 Ъ от.Г(Рот -2 Р)24 (1 ---- -" и- диаметр отклонител расстояние между л и висячим боками о ежачим клони" теля.Анализ уравнений для лами и турбулентного режимов движ смеси показывает их хорошую мость для пристенной областиПри закачке градиент квад рости по сечению частицы круду 2р( - -) при в ой рногия од потока.ата сконостью смеси ас рр- диаметры частиц гравия, соответствующие503-, ш- и и-процентному ситовому отсевусоответственно;- средний диаметр частиц песка продуктивного пласта;- размер отверстийфильтра;К - коэффициент межслойности;К- коэффициент неоднородности гравия; М - (Рс КВ) Р 2 - Р 2 с фдля турбулентного режима олонны труб поддерживают81384 6 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 5 14 но формулы (1) путем изменения расхода смеси.Устройство содержит фильтровую колонну 1, бурильную 2 и вспомогательную 3 колонны, соединенные распределительным узлом 4, выполняющим функцию отклонителя. Распределительный узел 4 выполнен в виде конусного выступа 5 с вершиной, обращенной к устью скважины и образующей, наклоненной к оси скважины под углом 5- 20 , и ответного конусного углубления 6, соединенного с конусным выступом 5, параллельными оси скважины патрубками 7, причем отверстия 8 в патрубках 7 совпадают с отверстиями 9 и 10, выполненными в конусном выступе 5 и углублении распределительного узла 4. Кольцевое пространство 11 между распределительным узлом 4 и стенками скважины или обсадной колонны загерметизировано элементом 12.Устройство работает следующим образом.В скважину устанавливают фильтровую колонну 1. Над фильтровой колонной 1 устанавливается распределительный узел 4, соединяющий вспомогательную 3 и бурильную 2 колонны, Кольцевое пространство 11 скважины над распределительным узлом 4 изолируют элементом 12.Закачку гравийной смеси осуществляют при комбинированной циркуляции. Смесь в нисходящем потоке транспортируется по бурильной колонне 2 и через отклонитель, между конусным выступом 5 и ответным углублением 6 поступает в кольцевое пространство 11 скважины, гре гравий откладывается, а жидкость-носитель отфильтровывается через фильтр фильтровой колонны 1 и в восходящем потоке через вспомогательную колонну 3, отверстия в конусном выступе 5, патрубках 7, конусном углублении 6 и по кольцевому пространству 11 скважины выше элемента 12 поднимается к устью.При прохождении через отклонитель гравийная смесь отклоняется от оси скважины. Установлено, что наиболее стабильное отклонение направления движения смеси наблюдается при углах установки отклонителя 5-20 ф к оси скважины. При больших углах отклонитель в скважине практически не обеспечивает отклонения смеси, а играет роль местного сопротивления. Угол отклонения меньший, чем 5 ухудшает качество фракционирования частиц в отклонителе и зафильтровом пространстве скважины. Длина отклонителя выбирается исходя из обеспечения устойчивого, установившегося режима движения частиц на выходе из отклонителя.При установлении в процессе закачки расхода смеси через отклони- тель, рассчитанного по формулам, частицы крупностью Ри более движутся у лежачего бока отклонителя с минимальными скоростями, а болеемелкие взвешиваются в потоке и движутся с большими скоростями. Учитывая, что чем больше скорость движениячастицы на выходе из отклонителя, темна большее расстояние она удаляетсяот фильтровой колонны 1 в процессеформирования обсыпки, можно утверждать, что в процессе закачки попредложенной технологии формируетсягравийный фильтр с размером частиц,постепенно уменьшающимся от каркасафильтра к стенкам скважины от значений Рдо значений Р. Величина а выбирается исходя из условия необходимости перекрытия песка продуктивного пласта устойчивым суффозионным слоем толщиной 3-1 ОР. Обычно ш составляет 10-15% ситового отсева, а Р принимается равным 2-6 среднего диаметра песка продуктивного пласта.Отклонитель устанавливается от верхних отверстий Фильтровой колонны 1 на расстоянии, при котором происходит стабилизация движения частиц в потоке после прохождения отклонителя. Стабилизация или установившийся режим наступает тогда, когда сувеличением времени движения частицыв потоке расстояние между ней и фильтровой колонной 1 практически неувеличивается, Высоту установки отклонителя от верхних отверстий фильтровой колонны 1 при заданных режимахзакачки, конструкции скважины и отклонителя определяют путем решения дидференциального уравнения движения частицы после отклонителя в кольцевом пространстве 11 скважины. Реально, высота установки отклонителя от верхних отверстий фильтровой колонны составляет от 5 до 10 м.Применение предложенного устройства позволяет получить фильтры вы 1481384 8сокого качества, в которых размерчастиц гравия постепенно уменьшается от, фильтровой колонны 1 в направлении стенок скважины. Такое Фракционное распределение частиц обеспечивает .оптимальную суффоэионнуюустойчивость фильтра и позволяетснизить его гидравлическое сопротивление. Ф о р м у ла и з о б р е т е н и я Ы+0 = -- - Э = КЙ Вь и ю2 где Ь, Р 0 -диаметры частиц гравия, соответствующие502-, ш- й и-процентному ситовому отсевусоответственно;коэффициент межслойности;средний диаметр час"тиц песка продуктивного пласта;размер отверстийфильтра;коэффициент неоднородности гравия; К Кн 1. Способ сооружения гравийного фильтра в скважине, заключающийся в установке фильтровой колонны с кар-. касом фильтра и закачке гравийной смеси в йисходящем потоке по колонне труб, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сооружаемого фильтра и снижения затрат на сооружение, в процессе закачки гравийную смесь над карка,сом фильтра направляют под углом 5-20 к оси скважины, осуществляют закачку гравия гранулометрического состава( (Пф + 2 с) - Р) ц,дг ргс Фгде а, Ь - коэффициенты надежности,В ,П р - диаметры скважины ифильтровой колонны соответственно; а градиент квадрата скорости по се,уг чению частицы крупностью Р ( в -)н при выходе гравийной смеси из колонны труб поддерживают равный 10 яя по( цу Ф 2-3 3 Ргде дг разница квадратов скоростей обтекания частицы;плотность гравия и жидкости-носителя соответ 20 25 ственно;я - ускорение свободного падения;- угол наклона отклонителяк оси скважины;- коэффициент сопротивленияобтеканию частицы путемизменения расхода смеси.30 2. Устройство для сооружения гравийного фильтра в скважине, содержащее фильтровую колонну, бурильнуюи вспомогательную колонны, соединяющий эти колонны распределительный 35 узел, герметизирующий элемент в кольцевом пространстве скважины, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что распределительный узел выполнен в видеконусного выступа с вершиной, обра щенной к устью скважины и образующей,наклоненной к оси скважины под углом5-20 , и ответного конусного углубле ния, соединенного с конусным выступом параллельными оси скважины пат рубками, причем отверстия в патрубках совпадают с отверстиями, выполненными в конусных выступе и углублении.рректор В.Гирня Заказ. 2649/31 Тираж 515 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101