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

продуктивного пласта. При зависании гравия выше продуктивного пласта каркас фильтра непосредственно контактирует с песком, что обусловливает аварийное состояние скважины. Ликвидация пробок требует значительных затрат времени и средств, а в некоторых случаях приводит к необходимости переоборудования скважины.

Целесообразно в процессе сооружения гравийного фильтра ориентироваться на технологию, обеспечивающую предупреждение пробкообразования, а не на планирование дополнительных мероприятий по ликвидации пробок. Глубокие скважины практически не оборудуются гравийными фильтрами. Имеется единичный опыт сооружения гравийных фильтров в глубоких скважинах, что свидетельствует о непосредственной связи механизма пробкообразования не только с глубиной скважины, но и с рядом других факторов, влияние которых на процесс транспортировки гравия в зону фильтра пока не определено.

В отечественной и зарубежной литературе нет работ, специально посвященных процессам образования гравийных пробок в вертикальных потоках жидкости, что вызывает необходимость в проведении анализа имеющихся разработок в смежных областях знания. Очевидно, что процесс пробкообразования определяется закономерностями перемещения твердых частиц в потоке жидкости, которые рассматриваются в теории промывки скважин, гидравлического и пневматического транспорта, обогащения и гидравлической классификации материалов в потоках, гидравлики движения наносов в открытых руслах, теории гидродинамики, массопередачи, а также псевдоожижения и теории фонтанирующего слоя.

По мнению автора, процесс образования гравийных пробок может протекать двумя путями. Первый заключается в формировании гравийной пробки в некотором сечении кольцевого пространства скважины, в котором концентрация частиц гравия со временем увеличивается. Формирование пробки происходит в три этапа (рис. 8.11).

На первом этапе на некотором участке АВСД потока происходит зависание мелкой фракции гравия, а частицы больших размеров, проходя сквозь слой мелких частиц, свободно осаждаются в зоне фильтра (см. рис. 8.11, а). На втором этапе число зависших в зоне АВСД мелких частиц увеличивается, достигая критических концентраций, когда сначала затрудняется, а затем и прекращается миграция сквозь слой мелких частиц крупных фракций гравия (см. рис. 8.11, б). На последнем этапе формирования пробки весь закачанный в скважину гравий не поступает в зону фильтра, а зависает над участком АВСД (см. рис. 8.11, в). 412

Рис. 8.11. Формирование гравийной пробки

Очевидно, что первый вариант формирования гравийной пробки носит узкий характер, так как может объяснить пробко-образование только в восходящем потоке жидкости. Поэтому наиболее справедливым следует считать второй вариант, заключающийся в предположении о формировании гравийной пробки от границ потока к его центру (см. рис. 8.11, г, д, ё). В начальный период закачки гравия некоторые частицы под влиянием ряда причин стремятся переместиться от центра к границам потока,

где скорость движения жидкости близка к нулю и частицы налипают или зависают на поверхности обсадных или фильтровых труб (см. рис. 8.11, г).

На втором этапе формирования пробки (см. рис. 8.11, д) частицы гравия прижимаются не к стенкам труб, а к уже зависшему на них гравийному материалу. Со временем толщина налипшего слоя увеличивается и достигает критических значений, когда закачиваемый в скважину гравий зависает над налипшим слоем и не поступает в зону фильтра (см. рис. 8.11, е).

Механизм формирования гравийной пробки по первому варианту (см. рис. 8.11, a, б, в) просто объясняется с позиций гидравлики. Второй вариант, предполагающий формирование гравийной пробки за счет перемещения частиц от центра к границам потока, позволяет объяснить пробкообразование в потоках любого направления и поэтому представляет наибольший интерес. Прижатие и налипание частиц на стенки труб и скважины будет наблюдаться при условии, если суммарное воздействие активных сил, приложенных к частице, сместит ее от центра к границам потока. Рассмотрим теоретические обоснования исследований механизма перемещения частиц в направлении, перпендикулярном направлению потока, предложенные различными исследователями.

В теории промывки скважины отмечается, что образование сальников в кольцевом пространстве - явление широко распространенное. Г. Цайдлер, проводивший исследования на специальном стенде, свидетельствует, что некоторые частицы налипают на стенки скважины и не выносятся на поверхность даже при форсированных режимах промывки. Таким образом, ученый доказал, что на вынос частиц из скважины влияет не только величина скорости потока, но и другие факторы.

А.К. Козодой и другие исследователи считают, что на частицу шлама при промывке действуют три силы: вес, сила Архимеда и сила сопротивления. Очевидно, что все эти силы направлены по оси вертикального потока и не могут вызвать перемещение в перпендикулярной плоскости. Поэтому предложенное теоретическое объяснение перемещения частиц в потоке не объясняет пробко- и сальникообразование.

В.Г. Беликов объясняет перемещение частиц в горизонтальной плоскости влиянием силы Жуковского, возникающей за счет различной скорости обтекания по противоположным от вертикальной оси симметрии сторонам частицы из-за наличия градиента скорости по сечению потока. Скорость потока увеличивается от границ к ядру, принимая максимальные значения в центре симметрии потока, и сила Жуковского при любом положении