Способ сооружения гравийного фильтра в скважине

,8015 8 5 4 Е 21 В 43/04 ГОСУДА ПО ИЗОБ ПРИ ГНН РСТВЕННЫИ КОМИТЕТ ЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМъърц3 ПИСАН ОБРЕТЕНИЯ СВИДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСН(54) СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ГРАВИЙНОГОФИЛЬТРА В СКВАЖИНЕ,качества сооружаемоговарительно определяют мосится к горной - повышение фильтра. Пред- гранулометрим и расот фил Изобретение относится к горно смышленности, а именно к технол ро гравииных иль в ии сооружени оне продуктиЦелью изоб стенокдавлени ого пласт тения явл сооружаем ся овы- вийго бособ осуществл ледую едставлена принципиздания градиента давом пространстве сква - расчетная схема актера распределения о крупности в попереч ока и фильтра; назависимости скоростиот фильтровой колонважины в поле градиен ленную Ф ую колон тверстиполнии размещенным ьным фильтром 4ними днутри фливают ьтро помо в колонны 2 устан льную колонну 5 нство между ним ентом 6 над вер 7 дополнительно а кольи герметихними ото филь т евое пр эируют тр лемерсти к стенкам с я давления от ее крупности,шение качества ного фильтра. На фиг.пр альная схема со ления в кольцев зины, на фиг. 2 для анализа хар частиц гравия п ном сечении пот фиг. 3 - график движения частиць2ческий состав песка продуктивного пласта. Далее спускают в скважину фильтровую колонну с каркасом фильт ра с отверстиями и размещенным над ними дополнительным фильтром вспо гательной колонны. Герметиэируют кольцевое пространство между вспомогательной и фильтровой колоннами. Перед закачкой гравия определяют ег состав. В процессе закачки гравия в кольцевом пространстве скважины между каркасом фильтра и станками скважины поддерживают градиент давления. Последний определяют по формуле. Величину градиента давления в процессе закачки увеличивают от инимальных значений до максимальных путем регулирования перепада давления на фильтре. 4 ил.,1 табл. фиг. 4 - график зависимо ния, проходимого частице вой колонны в направлени скважины в поле градиент от ее крупности. азом. В предварительно подгото кважину 1 спускают фильтро ну 2 с каркасом 3 фильтра с3 1506087 4На основании гранулометрического 11 р состава продуктивного пласта и конструкции скважины 1, обеспечивающейзаданные режимы эксплуатации перед5Процент ситового отсева, после коэакачкой гравия 8 в нисходящем пото- торого диаметр частиц гравия 8 соотке, определяют гранулометрический ветствует размеру отверстий каркаса состав.3 фильтра, определяется иэ формулыю в е вКд+с= а1007.9 ф е Ц, 11,тиц гравия,щие 507-номуситовому оственно,аметры ча Ь - коэффициенты наде ф - диаметры скважиныфильтровой колоннь наст; соответств шХ и п 7.-но севу соотв средний ди песка прод ста, размер отв коэффициен коэффициен сти гравия о твенно,акачки в коль тр частицивного пла а в процесс странстве с фильтра и с вом проасомоддеражины между ка нками скважины й фильтр слойност вают гра н вления61агсЬ 1 рс- -я 0 К т й+л) дР8 гайР25 т неоднородн 6 У, (1+Н где 1 Р влений на фильтре;между стенкамикаркасом фильтра,дкости-носитее- расстоя скважин ьт 5 димо верх са 3 Н 45 гравия 8 назначения скважиныусловий эксплуатации. Количестев гравия, учитываемое козффицими надежности а и Ъ, выбираетс3 до 10, исходя из необходимослючения миграции через частицыределенной фракции более мелки оЧ искиака 50 Ционногосходящем странств аст сп Процент ситокоторого диамет отсева послеия 8 55тру час"умСкорости движ вом пространстве шаются от максим глухой части 10 стиями 7 каркаса частиц гра днему диам ивного пла ффициент меИЗ фОРМуЛ ия смеси в ко соответствует ср тиц песка продуК ноженному на коэ постепенно ум ъных значений д верхними отв ополнительногоСЛОИН е сти, Определяетс Среднии диаметр частиц гравия 8 выбирается равным половине суммы сре него диаметра частиц песка продуктив ного пласта, умноженного на коэффициент межслойности и размера отверстий каркаса 3 фильтра. Затем определяют процент ситового отсева, по еле которого диаметр частиц гравия 8 соответствует среднему диаметру час" тиц песка продуктивного пласта, умноженному на коэффициент межслойности, и размеру отверстий каркаса 3 фильтра, Искомый процент ситового от сева определяется из условия необхости равномерного перекрытия по- ности стенок скважины 1 и каркафильтра частицами 8 фракций Рм и Осоответственно количеством слоеВ, определяемых из окатанности плотность жиля;высота дополнительного фил ра,коэффициент сопротивления обтеканию частицы;производительность закачки; гидравлическая крупность частиц характерного диаметра 0,площадь кольцевого простран" ства между, каркасом фильтра и стенками скважины; высота гравийного фильтра от забоя до верхних отверстий каркаса основного фильтраобъем закаченного на данныймомент гравия.у гравия 8 выбранного фрак- состава осуществляют в нипотоке через кольцевое про 9 скважины 1 или через ый распределительный узел.5 15 О фильтра 4 до нуля у уровня уже намытого гравийного фильтра за счет перетекания жидкости через отверстия фильтров 4 и 3. За счет перетекания через фильтры 3 и 4 скорости движения нисходящего потока в кольцевом пространстве между фильтрами 3, 4 и вспомогательной колонной 5 воэрастают от минимальных значений у уровня верхних отверстий 7 фильтра 4 до максимальных значений у уровня уже намытого гравийного фильтра, Средние скорости нисходящего потока в кольцевом пространстве 9 между 15 фильтрами 3 и 4 и вспомогательной колонной 5 выше, чем в кольцевом пространстве 9 между фильтрами 3 и 4 и стенками скважины 1,С учетом потерь напора в фильтрах 3 и 4 при перетекании 20 жидкости из кольцевого пространства 9 скважины 1 внутрь фильтров 3 и 414 Р величину градиента давления в процессе закачки увеличивают от минимальных значений при Ч = 0 до 25 максимальных при Ч -Н Г путем регулирования перепада давления в кольцевом пространстве, определяемом по форму- ле 087 Р =40 гайРйЯЯ ОдгаДР,5 4 гдеБ Г Ф 0 ЧО где 30 35 40 45 50 При попадании гравийных частиц 8 в зону влияния градиента давления 55 на них начинает действовать сила градиента давления, способствующая смещению частиц 8 от стенок скважины в направлении фильтров 3 и 4. Сила д Р =У (11 - Пуф) -ЬР где у - плотность жидкости-носителя,0 - средняя скорость нисходящего потока внутри фильтров 3и 4.Оф - средняя скорость нисходящегопотока эа фильтрами 3 и 4.Разница давлений в кольцевом пространстве 9 эа фильтрами 3 и 4 и внутри их обуславливает возникновение и поддержание между стенками скважины 1 и фильтрами 3 и 4 градиен" та давления, величина которого определяется иэ выражения-а8 гайР = 2э, - о где Ос - диаметр скважины 1, Оу - наружный диаметр фильтров. градиента давления определяется иэвыражения размер частицы гравия, площадь Иидделевого сечения частицы .Сила сопротивления действует в направлении частиц от фильтров 3 и 4 к стенкам скважины 1 и определяется по формуле М - коэффициент сопротивленияобтеканию;плотность жидкости-носителя; Ч - скорость перемещения частицы в направлении фильтровой кОлОнны 2. Учитывая, что сила градиента давления Гр пропорциональна кубу диаметра частиц 8, а сила сопротивленияих квадрату, можно утверждать, что сувеличением размера частиц 8 силаградиента давления растет быстрее,чем сила сопротивления. В этой связи, наиболее крупные частицы 8 гравия быстрее смещаются к поверхностиФильтров 3 и 4, чем более мелкие.Характер движения и распределениячастиц 8 в поперечном сечении гравийного фильтра определяется уравнениями, полученными на основании решения дифференциальных уравнений движения частиц под влиянием сил градиента давления и сопротивления,Расстояние, на которое частица 8гравия сместится в направлении каркаса фильтра 3,4 за время движения отверхних отверстий 7 до уже намытогослоя гравия, определяемого из уравнения Риттингера, зависит от величины градиента давления, размера частицы, плотности гравия и жидкости-носителя. Регулирование характеристик расслоения гравия по фракциям впоперечном сечении гравийного фильтра 3 и 4осуществляется в зависимости от конструкции скважины 1, гранулометрического состава песка и соответственЬно частиц 8 гравия, коэффициента неод-нородности гравия, эа счет выбора рациональных скоростей движения нисходящего потока эд и внутри фильтров 3 и 4.Регулирование скоростей потока за ивнутри фильтров 3 и 4 может осущест1506087 Процент ситового отсева, после которого размер частиц гравия соответствует размеру отверстий фильтра, определяем из формулы( 2 ) и = (1-Ь 007 с( 50,4 77 Е На основа олученно 0 " Кс " 4 О,1 = О 4 мм, 0 4,0 ,4 3 мм,В ск роа вую ко высотеями фил дополниной О,осуще тел тра устанавливают олочный фильтр дл чку гравийной смес нисходящем потоке и про ак вляют с том ал дополнотверсдит в а происхоерхних отосновного течение 30 с, а до й основного фильтр с. Частицы крупноезакачки должны течеерст ие 2 ью 3 мм вреодолетькости, перО 49-0 374= Кй0,1= 0 процессесреднее стояние в пл 1) с скважи ндикулярнои К = 7нЭкспер жанне бол вается пр атации и слоях гра новании э надежност 0,0565 м в нач ныи момент эакач менть за 302 с г в конечный момент е за ия, при котором часмм смещает на иент давле упностью 3 м за 30 с. катия тица к 0,0565 ражени ляется иэ выог бва, после коягай вия соответчастиц водороцент ситового отго размер частиц гет среднему размерого пласта, определ юВООО О,ОО 14 О,1. то о о о,оооо,о,ооо из фор нолы й Ос ш = а100 03657 кг/м с 4 5 10077 0,49 -ачаль ного минималь авления осуществ ем при акалиОпределного градиется гр н,49-2 4 0 19 -ским путфиг, 4,афи в н ра вляться эа счет сужения площади живого сечения потока за и внутри фильтров 3 и 4.Учитывая, что в начальный момент закачки при 7 = 0 время движения частиц 8 гравия в поле градиента давленияопределяемое с учетом уравнения Риттингера, максимальное, а в конечный момент закачки при соответствии О 7 расчетным значениям - минимальное, то для поддержания постоянных характеристик фракционирования необходимо по мере намыва гравия 8 увеличивать градиент давления. Необходимое уве личение градиента давления обеспечивается путем увеличения разницы скоростей нисходящего потока за и внутри фильтров 3 и 4, определяемого иэ уравнения, 20П р и м е р . Скважина в интервале водоносного пласта, сложенного слабо- сцементированными песками со средним размером частиц с 1 = 0,1 мм, расширена под гравийную обсыпку до диаметра 490 мм. С учетом заданных режимов эксплуатации диаметр расширения соответствует зоне возникновения турбулиэации потока, а каркас фильтра диаметром 377 мм имеет ширину щели 3 мм. 30 Средний размер гравия выбирается из условия 4 показали, что эадерх частиц обеспечиных режимах эксплунности гравия при 4-5 диого размера. На ос 4 значения коэффициентов и приняты равными пяти. ажину устанавливают фильнну с каркасом фильтра. Н,5 м над верхними отверс еты по формуле. Риттингера сскорости движения смеси покато движение частиц гравия круп 3 мм от верхних отверстийтельного фильтра до нижнихО 1506087 г = 0-2 с УэфЕЙ 1 зфа 0115 30 с црР,26 - ; ф 8,275мс Учитывая, что градиент давления в15 кольцевом пространстве скважины определяется разницей скоростей движения нисходящего потока внутри фильтровой колонны и снаружи, получаем необходимую разницу скоростей движения потока эа и внутри фильтровой колонны, при которой поддерживаются градиенты давления в кольцевом про- СтраНСтВЕ СКВажИНЫ ГайРРля И 8 ГайРА25Для установления в кольцевом пространстве скважины градиента давления 8 гадР необходима разница средмвнних скоростей движения нисходящего потока за и внутри фильтра 30 Ц Ь РРиц глЛКС 0 02 0,26,35 м з = 0,13 - ,= 0,177 м и максимапъным диаметром у верхних40 отверстий основного фильтра Цф ю= 0,180 м. а странстве ния гайР средних с дящего по ряют 50 лива ройснн Цф аа каркдине5мывкпечи 0,1300032 -2600064 -сМАас0 Таким образотока за и внутр грави ра,б дние скорости пьтра должны иэГрадиент давления, при которомчастица крупностью 3 мм смещаетсяна 0,0565 м за 2 с, определяетсяаналогично и составляет агайР -- Гг- аггЬ 1 ГУБ г 61 Рг Ммс 36 111 ф Г 01 Р,1000 0,003 6 О,1 0,0565ТГп,г 2 тО,поз а,клесс 0,785(0, - Р) ОР 785(ОР 49 ОР 377) ановления в кольцевом проскважины градиента давлеакс необходима разница оростей движения нисхоока за и внутри фильтр меняться в процессе закачки согласноусловиям Ц 0,26 -"Р 01 Р1 60, 11 фнавсс 3 у1 60; 0,26143 -Руф 0; 0,2600064 Учитывая, что средняя скорость движения нисходящего потока внутри фильтра определяется скоростью потока внутри фильтра на уровне поверхности уже намытого гравийного фильтра, а та в свою очередь зависит от площади сечения нисходящего потока, можно утверждать, что заданное изменение скоростей потока внутри фильтра обеспечивается эа счет установки внутри фильтровой колонны вспомогательной колонны в виде усеченного конуса с минимальным диаметром у нижних отверстий основного фильтра чество соружения фильтра прове Для чего в скважине устанавт специальные контрольные уства - пробоотборники, установе у нижних, верхних отверстий са основного фильтра и в сере- каркаса основного фильтра. Осгравийной обсыпки удаляют про й. Контрольные устройства обес ают отбор фракционного состава я из интервалов; каркас фильт мм - Р 415 ммф ф 415 мм114 1506087 Положение пробоотборника 1,5 0,9 2,0 0,8 1,5 2,1 2,2 0,7 Уиг,7 Отбор пробы у нижнихотверстий каркасафильтраОтбор пробы в серединекаркаса фильтраОтбор пробы у верхнихотверстий фильтра Средний разрез гравия в пробах, мм, при интервале кольцевого пространства, м1506087 Р Й 7 Р 7 ОА 7 О Г РОК Уие,4 001 О 40 Фцмтавитель Е. Молчанова Техред М.Дидык дактор Г, Волкова орректор В, Кабаци 1/32 Зака Подписно НИИАР ГКНТ СС зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 УГосударственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Ра ениям и открытиямкая наб д. 4/5