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

песок коллектора проникает внутрь скважины, закупоривает поры, чем значительно увеличивает сопротивление фильтра. Нс-пользование однородного гравия позволяет избежать расслоения и получить однородный по высоте фильтр. Путем сопоставления фактических данных по критерию себестоимости 1 м3 воды сделаны выводы о незначительности затрат на просеивание гравия по сравнению с прибылью, которая может быть получена за счет увеличения производительности скважины при установке в ней гравийного фильтра однородного гранулометрического состава.

Р. Сеусье исследовал влияние окатанности частиц гравия на результирующую производительности скважины, которая определялась по величине падения давления в фильтре. С увеличением окатанности частиц сопротивление слагаемого ими фильтра уменьшается. Результаты экспериментов представлены ниже.

Перепад давления различной формы

Расход, м3/ч.................................................................................................... 5 10 15

Перепад давления в обсыпках из частиц, МПа:

плохо окатанный гравий...................................................................... 1,1 1,9 2,1

окатанный гравий................................................................................... 1,05 1,3 1,4

стеклянные шарики................................................................................ 1 11

Потери напора в фильтре, сложенном из стеклянных шариков, принимались равными единице. При увеличении угловатости частиц потери напора в фильтре возрастают с увеличением расхода, а при дебите 15 м3/ч могут достигать 110 %. Поэтому рекомендуется использовать для обсыпки окатанный гравий. Некоторые фирмы выпускают искусственный заменитель гравия для обсыпки окатанной формы.

Китайскими специалистами установлено, что сопротивление гравийных фильтров из скатанных частиц в среднем на 8 % ниже чем у фильтров, сложенных из угловатых частиц.

Гравийный материал должен состоять из нерастворимых, кремнистых частиц. Наличие в материале обсыпки карбонатных частиц объемом более 3 % затрудняет кислотную обработку после закачки гравия, которую широко используют в практике сооружения гравийных фильтров за рубежом. При кислотной обработке карбонатные частицы растворяются, образуя пустоты и открытые каналы в обсыпке, через которые в процессе эксплуатации происходит миграция частиц коллектора. Наличие некондиционных частиц снижает проницаемость гравийной обсыпки и их максимально допустимая концентрация не должна превышать 3 %.

Ведущими зарубежными фирмами принят стандарт на качество гравийного материала, согласно которому максимально до-

пустимая концентрация мелких и крупных примесей не должна превышать 2 %, гравия некварцевого состава - не более 2 %; коэффициент формы частиц гравия - не менее 0,6.

Размер отверстий фильтра-каркаса

Ранние исследования по определению рациональных размеров отверстий фильтра базировались в основном на предположении, что при соотношении размеров зерен гравия к размеру отверстий фильтра 1:2 вокруг отверстий фильтра образуется устойчивая арочная структура. Результаты этих исследований послужили базой для действующих нормативных документов, согласно которым размер отверстий фильтра принимается в 1,4-4 раза большим среднего размера частиц гравия.

Ведущие зарубежные фирмы осуществляют выбор размера отверстий фильтра исходя из других принципов. С. Шрайок отмечает, что устойчивость арочных структур вокруг отверстий возможна только при соблюдении определенных условий. Прежде всего, это добыча вязкой жидкости при малых скоростях притока из пласта и стабильных понижениях. При откачке широко используемыми насосами и эрлифтами перепад давления в системе скважина - пласт изменяется, что приводит к разрушению арочных структур. Кроме этого, входные скорости по длине фильтра распределены неравномерно и, как правило, существуют участки с высокими скоростями фильтрации, обычно приуроченными к верхним отверстиям. При высоких скоростях притока арочные структуры также теряют устойчивость.

На основании проведенных опытов были сделаны выводы о частом нарушении устойчивости арочных структур для реальных условий. Во всех случаях, когда размер частиц гравия меньше размеров отверстий фильтра, наблюдался его вынос на модели. Если зерна гравия больше, чем отверстия фильтра, то в процессе закачки гравия щели фильтра закупоривались, происходило повышение давления в нагнетательной линии магистрали. На практике повышение давления закачки приводит к поглощению жидкости-носителя, оплыванию стенок скважины, перемешиванию песка с гравием и повышению сопротивления фильтра. При закачке частиц гравия угловатой формы процесс закупорки ускорялся. С. Шрайок, используя данные опытов, сделал вывод о необходимости соответствия размеров отверстий фильтра минимальному диаметру частиц гравийной обсыпки и предпочтительном использовании скатанных частиц. Большинство зарубежных исследователей пришли к аналогичному выводу и на практике при выборе размеров щели фильтра пользуются правилом

С. Шрайока, согласно которому размер отверстий фильтра не должен превышать размера мельчайших частиц гравия, применяемого в обсыпке.

К аналогичным выводам пришел в 1946 г. Ф.С. Бояринцев - автор конструкции проволочных фильтров. Согласно его рекомендациям ширина щелей проволочного фильтра должна соответствовать 0,8-1,0 среднего диаметра гравия, используемого в качестве обсыпки. В 1988 г. Д. Тауш и С. Монроу предложили принимать размер отверстий фильтра в 2 раза меньше среднего размера частиц гравия. Такой строгий подход они объясняют тем, что даже небольшой вынос гравия при пуске насоса или эрлифта приводит к серьезным повреждениям гравийного фильтра. При выносе гравия из скважины в обсыпке образуются открытые каналы и пустоты, наличие которых вызывает массовый вынос песка из скважины.

А.Б. Бухвалов обосновал целесообразность подбора размера щели фильтра, равного размеру частиц гравия, соответствующих 70%-ному ситовому отсеву. В процессе последних исследований ПРО «Центр-геология» было установлено, что основной структурообразующий элемент песков - частицы размером, соответствующим 70%-ному ситовому отсеву. В этой связи, при одинаковом размере щелей фильтра и частиц после 70%-ного ситового отсева порода на контакте с фильтром будет суффозионно устойчива. Вывод об определяющем влиянии частиц после 70%-ного ситового отсева на физико-механические свойства грунтов ранее был получен В.Н. Кондратьевым.

Существенное влияние на сопротивление фильтра на контакте с породой оказывает форма отверстий. В отечественной и зарубежной практике теоретически и экспериментально обоснована целесообразность применения проволочных фильтров, образующих щель, которая расходится внутрь фильтра. Такая форма щели может быть получена при намотке на каркас проволоки трехугольного и трапецеидального сечения. При фильтрации через щель, расширяющуюся в форме диффузора внутрь фильтра, максимум скорости потока, а следовательно и минимум статического напора наблюдается на некотором удалении от поверхности фильтрации в сторону оси скважины. Таким образом, между наружной и внутренней поверхностью обмотки создается вакуум, равный разнице статических напоров, на величину которого сопротивление такого фильтра становится меньше.

Важно, чтобы щель со стороны породы не имела формы клина, расширяющегося в сторону пласта. Такая форма щели образуется при намотке проволоки круглого сечения. При контакте с породой в процессе фильтрации порода расклинивается в отвер-396