Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 [ 129 ] 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182

ных условиях, но имеющих различную толщину гравийного фильтра (135, 250, 450 и 500 мм). Удельный дебит скважины, имеющей толщину гравийного фильтра 135 мм, составлял 12,5, а остальных 25 м3/ч. На основании этого был сделан вывод, что при сооружении высокодебитных скважин минимально допустимая толщина гравийного фильтра должна составлять 250 мм. Очевидно, что этот вывод был сделан применительно к конкретным горно-геологическим условиям сооружения скважины.

При малой толщине обсыпки (до 250 мм) зависимость производительности скважины от ее диаметра близка к линейной, что противоречит результатам теоретических исследований, приведенных выше. И.Ф. Володько проанализировал работу многих скважин и выявил зависимость между производительностью и ее диаметром. Рост удельного дебита с увеличением диаметра менее интенсивный, чем при линейной зависимости (табл. 8.11).

Несоответствие теоретических выводов практическим результатам относительно зависимости удельной производительности скважины от диаметра фильтра объясняется тем, что при анализе характера фильтрации в околоскважинной зоне предполагают, что на всем интервале мощности пласта поддерживается ламинарный режим притока и справедлив закон Дарси. В реальных условиях в околоскважинной зоне возникает турбулизация потока, приводящая к значительным дополнительным потерям напора, которые могут многократно превышать рассчитанные по формулам, базирующимся на законе Дарси. Например, при обо-

Таблица 8.11

Зависимость удельного дебита скважин от диаметра фильтра

рудовании водозаборных скважин Ялуторовского водозабора Тюменской области при участии автора в скважинах при заданном дебите наблюдалось понижение 25 м вместо 7 м, рассчитанных по формулам с учетом ламинарной фильтрации.

При турбулентном режиме на всем интервале фильтрации зависимость удельной производительности обратно пропорциональна диаметру фильтра. Если наблюдается ламинарная фильтрация на всем интервале водопритока, то связь между удельным дебитом и диаметром фильтра логарифмическая, т.е. незначительная. В практике мы не сталкиваемся с ламинарной или турбулентной фильтрацией в «чистом виде» на всем интервале притока. Обычно, на удаленных участках пласта наблюдается ламинарный режим фильтрации, а в околоскважинной зоне - турбулентный.

Автором установлено, что диаметр скважины с целью обеспечения максимальной производительности при минимуме затрат должен соответствовать диаметру зоны турбулизации потока при заданных режимах эксплуатации. Увеличивать диаметр более чем диаметр зоны турбулизации потока нет смысла, так как там наблюдается ламинарная фильтрация, при которой зависимость дебита от диаметра несущественная. В зоне турбулентной фильтрации увеличение диаметра особенно эффективно, так как оно приводит к интенсивному росту удельной производительности. Новый метод подтверждается многими практическими данными, в том числе и зарубежных авторов.

Так, в описанном выше примере водозаборных скважин в Китае становится очевидным, что при заданной производительности диаметр зоны турбулизации потока составил около 700 мм (удвоенная толщина обсыпки 2x250 мм плюс диаметр каркаса фильтра). Увеличение диаметра скважин до 700 мм сопровождается пропорциональным ростом дебита. Сооружение каверн диаметром более 700 мм практически не приводит к увеличению производительности.

С ухудшением качества вскрытия пласта и интенсификации кольматации диаметр скважины должен увеличиваться. Русбурмаш разработана методика определения рационального диаметра скважины исходя из принципа поддержания ламинарного режима фильтрации. Методика включает несколько этапов. На первом этапе определяют критическую скорость фильтрации в пласте естественной проницаемости, приводящую к турбулизации потока. Затем с учетом изменения естественной проницаемости при различных способах вскрытия пласта определяют действительную скорость фильтрации, приводящую к турбулизации потока в закольматированной зоне. Далее находят расстояние от скважи-

ны, на котором действительные скорости фильтрации уменьшаются до критических значений и получают рекомендуемый диаметр фильтра.

Следует отметить, что выбор диаметра фильтра, исходя из принципа поддержания ламинарного режима притока, позволяет значительно увеличить долговечность работы скважины снижением темпов кольматационных процессов.

При увеличении толщины обсыпки исходные требования к фракционному и минеральному составу гравия могут снижаться. Этот подход экономически невыгоден, так как затраты на бурение скважин большего диаметра многократно перекрывают затраты на просеивание и промывку гравия перед закачкой в скважину.

Качество гравия

В отечественных исследованиях не уделялось серьезного внимания качеству гравия, используемого для фильтра. Ведущие зарубежные фирмы считают, что качество гравия и прежде всего его окатанность и минеральный состав во многом обусловливают эффективность борьбы с пескованием. С. Шрайок исследовал зависимость величины потерь напора на контакте каркаса фильтра с обсыпкой от окатанности частиц. Опыты проводились на стенде, в котором фильтр имитировали трехметровой трубой с щелевыми прорезями длиной 54 мм и шириной 6 мм. После засыпки гравия фракция 3-8 мм на высоту 1,5 м все щели фильтра оказались закупоренными. Циркуляция раствора через щели вызвала их закупорку крупной фракцией гравия. Мелкие фракции как бы цементировали поровое пространство между крупными частицами гравия, закупоривающими щели хвостовика. Давление в нагнетательной линии магистрали возрастало и вследствие ограниченной мощности насоса в модели прекращалась циркуляция. На основании полученных данных было установлено, что концентрация крупных фракций в материале обсыпки не должна превышать 1 %, а наличие в материале обсыпки мелких фракций существенно снижает продуктивность скважины.

X. Смит провел сравнение эффективности гравийных фильтров, сложенных однородным и неоднородным по гранулометрическому составу гравием, на примере водозаборных скважин, пробуренных в штатах Арканзас и Канзас. Единственное преимущество разнозернистых обсыпок - исключение необходимости просеивания гравийного материала, привезенного с карьеров. Однако при использовании разнозернистых обсыпок