Способ сооружения гравийного фильтра в скважине

(19) (И 59 4 43 04 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕЛЬСТ А ВТОРСНОМУ СВ-исследов огеологии увеличивают репосредством увели кости носителя, а ерепада давле рессии на пла ния расхода и увеличени апора дополнительнойствуют на частицы пульсами воз орномуно приа в скв Изобретение оделу и может бытсооружении гравиижине,осится к использо ого Филь Целью изобретен ие эффективности луатации ФильтраНа чертеже пред ачки гравия в скв я является повыше оружения ксма эалена ажину,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный научнотельский институт гидри инженерной геологии(56) Патент С 1 цА Кф 2014770,кл, 166-51, опублик, 1937,Патент США Р 4044832,кл. 166-278, опублик. 1977,(54) СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ГРАВИЙНОГОФИЛЬТРА В СКВАЖИНЕ(57) Изобретение относится к горнойпром-сти, Цель - повышение эффективности сооружения и эксплуатации фильтра, Подбирают состав гравийной обсыпки. Устанавливают Фильтровую колонну с каркасом фильтра, контрольным фильтром и отстойником. Внутрьфильтровой колонны спускают вспомогательную колонну, распределительныйузел 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 гравия в бункере. После этого сопоставляют текущее значение коэффициента турбулентной Фильтрации с ис- с ходными значениями. Сопротивление потоку, циркулирующему в скважине, поддерживают постоянным, При потере напора в намываемом слое, большем 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 колонна 10 со свабом 1 таким образом,что распределительный узел Я зафиксирован на расчетной высоте от верхних отверстий 12 каркаса 5 фильтра,а сваб 11 герметизирует кольцевое пространство между фильтровой 4 и водоподъемной 1 О колоннами в интервалемежду каркасом 5 фильтра и контрольным фильтром 6Поверхностная обвязка состоит из насоса 13, соединенного гибкими шлангами 14 с герметичнымбункером 15, имеющим загрузочныйлюк 16, входной патрубок 17 с манометром 18 и выходной патрубок 19 с 15манометром 20 и диафрагмой 21, площадь сечения внутреннего отверстиякоторой регулируется краном 22, Выходной патрубок 19 герметичного бункера 15 соединен гибким шлангом 23 20с вспомогательной колонной 9. На корпусе 24 герметичного бункера установлен вибратор 25. Кольцевое пространство 26 скважины 2 герметизируетсясальником 27, 25Способ осуществляют следующим образом.В процессе бурения и исследованияскважины 2 определяют гранулометрический состав песка продуктивного 30пласта 28 и подбирают состав гранулометрической обсыпки гравия 3 согласно условиюТ) =К(1,35 где Т 1 " средний диаметр частиц гравия;средний диаметр частиц песка;коэффициент межслойности,равный 6+10,40 Выбирают интервал формйрованияфильтра 1 и рассчитывают объем гравия3, подлежащего закачке в скважину 2,В скважину 2 устанавливают фильтро 45вую колонну 4 с каркасом 5 фильтра,контрольным фильтром 6 и отстойником7. Внутрь фильтровой колонны 4 навспомогательной колонне 9 спускаютраспределительный узел 8 и водоподьемную колонну 1 О .труб, причем распределительный узел 8 фиксируется нарасчетной высоте от верхних отверстий 12 каркаса 5 фильтра и сваб 11изолирует каркас 5 фильтра от контрольного фильтра б с внутренней стороны фильтровой колонны 4, Кольцевоепространство 26 скважины 2 герметизируют сальником 27,На поверхности предварительно промытый фракционированный гравий 3 скоэффициентом неоднородности менее2 заполняют в герметичный бункер 15через загрузочный люк 16, По меренаполнения бункера 15 включают вибратор 25, установленный на корпусе 24бункера 15, который передает вибрационное воздействие на частицы гравия 3, способствуя их уплотнению иполучению оптимальной компактной укладки гравия 3 в бункере 15,Скважину 2 промывают. От насоса13 предварительно очищенная от инородных примесей жидкость-носительпоступает через входной патрубок 17в герметичный бункер 15, Фильтруется через гравий 3 и через выходнойпатрубок 19 поступает во вспомогательную колонну 9 и через распределительный узел 8 в интервал формированиягравийного Фильтра 1, где фильтруется через контрольный фильтр 6 и поводоподъемной колонне 10 через распределительный узел .8 по кольцевомупространству между вспомогательной9 и фильтровой 4 колоннами поднимается на поверхность,По показаниям манометров 18 и 20 определяют перепад давления на входном 17 и выходном 19 патрубках герметичного бункера 15, Рассчитывают коэффициент турбулентной фильтрации очищенного, промытого гравия 3 при компактнойукладке в герметичном бункере 15, т.е. определяют коэффициент турбулентной фильтрации оптимального гравийного Фильтра 1.О Т,К = - --Ь РОПосле 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 постоянным1-О тЩНН +Н + - + -- =сопя, нц фмНН - сумма местных и линейных коэффициентов сопротивления;Р - текущее значение давяления нагнетания нанасосе;п,ш - количество местныхи линейных участков сопротивления циркуляции,при А РДР увеличением репрессии на пласт за счет увеличения расхода жид кости-носителя, а при Д РД Р дополнительным импульсным воздействием на частицы гравия в фильтре определяют исходное и текущее сопротивление гравийного фильтра 151 1 1Р К (2 к Н) р скь1 1---- ( - ),т К (2 Н) г(р скьгде- исходное и текущее сопро 7 рфгтивление гравийного фильтра;г ,Г э - радиус фильтровой колонны и скважины, причем .при 0,9 11 1, 1 качество фильтра считается неудовлетворительным, гравий из скважины вымывают и работы по сооружениюгравийного 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 1, где частицы откладываются, а жидкостьноситель фильтруется через контрольный фильтр 6. По мере опорожнения бункера 15 перепад давления на вход-, ном 17 и выходном 19 патрубкахуменьшается, 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 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 магистралиот насоса 13, контролируемое показаниями манометра 18, поддерживаетсяпостоянным. В процессе закачки количество гравия 3 в бункере 15 уменьшается и давление, регистрируемоеманометром 20 на выходном патрубке19 герметичного бункера 15, увеличивается и приближается к показаниямманометра 18, установленным на входном патрубке 17 бункера 15,По величине повышения давления на манометре 20 определяют перепад давления в намываемом гравийном фильтре 1 и текущие значения коэффициента турбулентной Фильтрации гравия 3О НгК = ---дР ус тгде ДР - потери напора в намываемомслое гравия;У - площадь поперечного сечения гравийного фильтра,перпендикулярная направлению Фильтрационного потока;Н - 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 свидетельст" вуют 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 жидкости- носителя на поверхности в гравийный Фильтр 1 может попадать до 2 Е инородных примесей, преимущественно за.Учитывая, что допустимая погрешность при определении параметров в процессе закачки составляет 5 Е;очевидно, 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 выра- жений 50 1),гскв счет эффекта шелушения стенок скважины 2, что приводит к снижению коэффициента турбулентной фильтрациигравия 3 в фильтре 1 до 57 по сравнению с расчетными значениями, При обрушении стенок скважины 2, связанномс недостаточной репрессией на пластв процессе закачки, в гравийныйфильтр 1 попадает большое количество 10инородных примесей, что приводит крезкому снижению коэффициента турбулентной Фильтрации намываемого слоягравия 3,При рыхлом сложении частиц гравия 153 в фильтре 1 жидкость-носитель фильтруется только по нескольким каналами пустотам, т,е. в областях, где сопротивление Фильтрационному потокуминимальное. При фильтрации жидкостиносителя не по всей площади сеченияФильтра 1, связанной с неравномернймпо плотности формированием фильтра 1,коэффициент турбулентной Фильтрацииувеличивается и ухудшается качествофильтра 1, Равномерное по плотностисложение частиц гравия 3 в Фильтре 1обеспечивает равномерный нисходящийфильтрационный поток по всей площадипоперечного сечения фильтра 1 и поддержание текущих значений коэффициента турбулентной фильтрации намываемого слоя гравийного фильтра 1 в пределах расчетных значений. Увеличениетекущих значений коэфФициента турбулентной фильтрации гравия 3 в намываемом фильтре 1, связанное с несоосной установкой фильтровой колонны 4в скважине 2 по отношению к расчетным значениям при компактной укладке 40гравия 3, может достигать 57 где г ,г, - радиус каркаса фильтраи скважины.При уменьшениив сравнении срасчетными значениями, связанномс увеличением коэффициейта турбулентной фильтрации гравийного фильтра1 по сравнению с расчетными значениями К ) КР, рыхлым сложением частиц 3и образованием открытых каналов и пустот в фильтре 1, осуществляют импульсное воздействие на гравийныйфильтр 1 до стабилизации К в пределах КПрй увеличениив сравнении срасчетными значениями, связанном7 Рс обрушением стенок скважины 2 и попаданием в фильтр 1 инородных примесей,увеличивают репрессию на пласт 28 путем увеличения расхода смесиУвеличение расхода смеси осуществляют достабилизации значений К в пределахКР и дальнейшую закачку ведут приповышенном расходе.Сопоставляяи, оценивают качество работ, причем йри 0,9 Р,. )1,1;Р качество фильтра 1 считаетсянеудовлетворительным, гравий 3 изинтервала формирования обсыпки вымывают и работы по сооружению гравийного фильтра 1 в скважине 2 проводятповторно,П р и м е р. В процессе исследований в скважине определили гранулометрический состав песка водоносного пласта и интервал формирования фильтра, По среднему диаметру частиц песка с 1=0,1 мм согласно имеющимся рекомендациям выбрали средний диаметр частиц гравия 9=0,6 мм с коэффициентом неоднородности 1=2.В скважину установили фильтровую колонну с основным и контрольным фильтрами, отстойником, Внутрь фильтровой колонны на вспомогательной колонне труб спустили распределительный узел,водоподъемную колонну со свабом и вибратором, причем распределительный 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 на 1479627 10полнения 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 скважинеПри начальном расходе жидкости-нозсителя 510 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 составил01, 0005 10Р КРц 0,62 106 0,07-Б м 1х 10 20кг Регулированием диаметра внутреннего отверстия диафрагмы на выходномпатрубке герметичного бункера установили объемную концентрацию гравия в 25смеси равной 3-5 Х, Равномерное поступление частиц с жидкостью-носителем в скважину достигалось включением вибратора, установленного на корпусе герметичного бункера, так как 30вибрационное воздействие разрушалосводы равновесия из гравия вокруг выходного патрубка,В процессе закачки бункер опорожнялся, а в скважине образовывалсягравийный фильтр с текущим коэффициентом турбулентной фильтрации.К11 т 1 г фт 40Нормальный процесс сооружения гравийного фильтра наблюдался при Г =Ко чем свидетельствовало постоянноедавление в нагнетательной магистралинасоса, равное 1,24 МПа, При постоянном давлении в нагнетательной магистрали сопротивление циркуляционномупотоку в поверхностной обвязке и скважине постоянное, т,е. в скважине образуется гравийный фильтр сопротивления, равного сопротивлению гравияв бункере, Учитывая, что сопротивле-.ние гравия в бункере оптимально, можно предположить, что в скважине формируется фильтр высокого качества,В течение 21 мин с начала закачкизначения Кт. соответствовали расчетнымКР и составляли 8, 210 м /кг. На22 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 МПа0,005 0,00025 12 4 1 -9 м0,04 106 0,07кгДля устранения обрушения стенок скважины увеличили подачу жидкости- носителя до 0,006 м /с, давление в9нагнетательной 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 составило1 11 Э кг- )8,52100 36мСредний коэффициент турбулентнойфильтрации гравийного фильтра, камытого в скважине, составил К =7,98410 м/кг, а текущее сопротивлениеФильтра1 10 ЧЯ ( ----- ) -7,98 10 "(2 ф 3,14 "О) 0,18 0,36э кг=8 791 О9 7 фСопоставляя текущее сопротивление 15 гравийного фильтра, полученное при закачке, можно утверждать, что значениянаходятся в допустимых пределах От расчетных значений 0,9-1,1 и качество гравийного фильтра высо кое.По полученным значениям сопротивления Фильтра 1 оценивали несовершенгство скважины йо характеру вскрытия, определяли погрешность в определении 25 параметров пласта при Откачке и прогнозировали эксплуатационные харак" теристики 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 ли более чем на 207 по сравнению со скважинами, пробуренными в аналогичных условиях и оборудованных гравийны 11 и фильтрами по технологии прототипа. 45формула изобретенияСпособ сооружения гравийного фильтра в скважине, заключающийся в подборе состава гравийной обсыпки, установке фильтровой колонны с каркасом фильтра, контрольным фильтром и отстойником, спуске внутрь фильтро- ВОЙ кОлОнны Вспом 01 а 1 ельной кОПОнны у 55 распределительного узла и водоподьемной колонны, их фиксации внутри фильтровой колонны, заполнении гравием установленного в нагнетательной магистрали на поверхности бункера, промывки скважины и закачке гравия из бункера в зону формирования гравийного,фильтра при комбинированной циркуляции, о т л и ч а ю щ и й с я 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 бункереО 1.Й(Ргде К - исходное значение коэффициента турбулентной фильтрациигравия;О - расход жидкости носителя;Ь - высота гравия в бункере;ЬР - перепад давления на бункере;Я - площадь поперечного сечениябункера, перпендикулярнаянаправлению фильтрационногопотока,измеряют величину потерь напора в намываемом слое гравийного фильтра, определяют текущие значения коэффициента турбулентной фильтрации гравия в фильтре.О НК=- 1 Рт(тгде К - текущие значения коэффициента турбулентной фильтрации гравия в намываемом слоефильтра;Н - высота намываемого гравийного фильтра;ЬР - потери напора в намываемомтслое гравия;И - площадь поперечного сечениягравийного фильтра, перпендикулярная направлению фильтрационного потока,сопоставлякт текущие значения коэффициента турбулентной фильтрации с исходными значениями, сопротивление потоку, циркулирующему в скважине,поддерживают постояннымК Ь КН1479627 13 где Рн - текущие значения давления нагнетания на насосе; Нн Н - сумма местных и ли",17 16 Составитель Е.МолчановаРедактор Я.Середа Техред М,Ходанич Корректор Э,Лончако Закаэ 25)3) Тираж 515 В)ИИПИ Государственного комитет 113035, Москва, писнокрытд. 4 и ГКНТ СС по изобретениям-35, Раушская на иэводственно-издательский комбинат "Патент". г.ужгород, уп, Гагарина,10 кейных коэффициентов сопротивления циркуляции;п,ш - количество местных и линейных участков сопротивления циркуляции,при а.Рт) ЬР увеличением репрессии на пласт посредством увеличения расхода жидкости носителя, а при ЙРс)Р дополнительным импульсным воздействием на частицы гравия в фильтре определяют исходное и текущее сопротивление гравийного фильтра1 1( )5 р К (2 ьН) г Гскб1 1 1= ---- ( --- -)К (МН) г ггде 1 1 - исходное и текущее соф тпротивление гравийногофильтра;г ,т в - радиус каркаса фильтраи скважины, 15 и по судят о качестве гравийногофильтра.