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

Doн = Dфн = ASн = idem. (8.62)

D0м Dфм ASм

Соответственно справедливо и подобие площадей кольцевого пространства натуры и модели

кпн- =idem. (8.63)

кп.м

Очевидно, размеры частиц гравия и сечения потока, в котором они перемещаются для натуры и модели, также должны быть подобны. Поэтому с учетом постоянного для модели и натуры коэффициента формы частиц

J = -d- =idem. (8.64)

Выражение (8.64) представляет собой геометрический критерий подобия, принятый при построении лабораторной модели. Критерий гидродинамического подобия процессов возникновения и разрушения гравийных пробок в потоках различного направления для натуры и модели, позволяющий максимально приблизить условия эксперимента к практическим, был получен на основании формул (8.61) и (8.64) методом анализа размерностей. Критерий гидродинамического подобия D для начального периода образования и разрушения гравийной пробки выразим через основные факторы, влияющие на пробкообразование и постоянные коэффициенты, известные из п-теоремы. Для критерия подобия Рейнольдса справедливо следующее выражение:

D =-Re-. (8.65)

(grad v)glUg2ASg3gg4dg5

Решим уравнение (8.65) по известной из п-теоремы методике и получим значения коэффициентов д1; д2; д3; д4; д5. Окончательно выражение для определения критерия гидродинамического подобия натуры и модели принимает вид

D = деягаажк1п = u2grad v wкпAS (866)

gd3 Dgd3

Подобие произведения средней скорости потока и, изменения скорости по сечению потока grad v и площади сечения потока жкп, отнесенное к произведению куба диаметра гравийной частицы d3 на ускорения свободного падения g, обеспечивает подобие активных сил, действующих на частицу в ламинарном потоке, а следовательно, и процесс пробкообразования. Для турбулентного потока перемещение частиц определяется, с одной

стороны, полем осредненных скоростей, а с другой - полем вихревых скоростей. Активная нагрузка на частицу от осредненного поля скоростей турбулентного потока выражается, как и для ламинарного потока, произведением (grad v wкп)/gd3. Влияние вихревого поля скоростей на перемещение частицы в поперечном сечении потока, а также устойчивость сформировавшейся гравийной пробки учитывается через критерий подобия Рейнольдса Re.

Кроме геометрического и гидродинамического подобия в процессе сооружения гравийного фильтра в скважине и на модели необходимо соблюдать также подобие технологических операций. Назовем это подобие технологическим. Технологическое подобие применительно к процессу пробкообразования и гидравлической классификации частиц в поперечном сечении потока предполагает постоянное значение концентрации гравия с и коэффициента формы к частиц в потоке, в натуре и на модели:

T = = idem. (8.67)

Сопоставляя значения геометрического, гидродинамического и технологического подобия, определяемые в формулах (8.64), (8.66) и (8.67) отметим, что критерий гидродинамического подобия предполагает и геометрическое подобие потока, так как в выражение (8.66) включена величина, обратная критерию геометрического подобия /, равная отношению величины кольцевого пространства скважины к диаметру гравийной частицы. Учитывая, что осуществлять моделирование сразу по трем параметрам сложно, выведем обобщенный критерий подобия, позволяющий учесть как геометрическое, так гидродинамическое и технологическое подобия. Вводя в равенство (8.66) значения коэффициента формы гравийных частиц и концентрации гравия в потоке, получаем обобщенный критерий подобия натуры и модели, на основании которого осуществлялась разработка лабораторной модели и методики проведения эксперимента,

G = Regrad v- т = grad V-2жкпА Sk (8 68)

Jgd vgd3c (.)

Увеличение произведения сомножителей в числителе формулы (8.68), а также уменьшение сомножителей в знаменателе снижает вероятность пробкообразования в скважине. Это свидетельствует о наличии некоторого критического значения обобщенного критерия подобия. Ведение работ при значениях G меньших критических сопровождается пробкообразованием, а выше критических обеспечивает надежную транспортировку гравия в зону фильтра.

Пробкообразование при различных способах доставки гравия в зону фильтра

Исследование пробкообразования проводили на лабораторной модели, построенной на основании равенства (8.68), с учетом типовых конструкций скважин. Кольцевое пространство скважины имитировалось двумя стеклянными коаксиально установленными трубами длиной 2200 мм. Внутренний диаметр трубы, имитирующей стенки скважины или обсадных труб, принимался равным 150 мм. Наружный диаметр трубы, имитирующей эксплуатационную (фильтровую) колонну, менялся от 100 до 50 мм. Максимальный диаметр внутренней стеклянной трубы выбирался (с учетом типовых межтрубных зазоров между стенками эксплуатационной и обсадной колонн) для скважин, пробуренных с прямой промывкой и ударно-канатным станком, а минимальный - для скважин, пробуренных с обратной промывкой, а также для участка расширения скважины в зоне установки фильтра.

Пробкообразование в восходящем потоке в кольцевом пространстве скважины

Восходящий поток жидкости в кольцевом пространстве скважины возникает при следующих способах закачки гравия в скважину:

в восходящем потоке через кольцевое пространство скважины;

через вспомогательную колонну труб, спущенную в кольцевое пространство скважины;

через вспомогательную колонну труб и распределительный узел по методике ПСО «Востокбурвод»;

по методике фирм «Бейкер» и «Лайенс» при нарушении герметизации кольцевого пространства скважины;

гидровмыве каркаса фильтра в предварительно закачанный в скважину гравий.

Отличительная особенность технологии сооружении гравийных фильтров в скважине при наличии восходящего потока в кольцевом пространстве - малая скорость восходящего потока, ограниченная возможностью выноса гравийных частиц на поверхность при их гидравлической крупности меньшей, чем скорость потока. Скорость потока при размерах гравийных частиц 1,5-2 мм не должна превышать 0,1 м/с. Закон распределения скоростей по поперечному сечению потока описывается параболой вида