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

- = a-(1 - j(8.69)

Дифференцируя уравнение (8.69) по dj и подставляя результат в выражение для нахождения значений критерия гидродинамического подобия (8.68) и исключая из полученного постоянный коэффициент а для ламинарного потока, получаем

G = - Шкп А Sk (8.70)

vgd 3c

Принимая во внимание, что средняя скорость восходящего потока равна 0,1 м/с, в качестве жидкости-носителя используют воду, с учетом типовых конструкций скважин получаем значение G для натуры, составляющее 0,38 • 103. Решая равенство (8.70) при условии G = 0,38 • 103; жкп = 9,81 • 10-3; АS = 0,025; v = 1 • 10-2, получаем соотношение между средней скоростью потока - и диаметром гравийных частиц. Средний диаметр гравия, который необходимо использовать на модели, получим из уравнения (8.70). На основании полученного размера гравия d = 0,0015 0,002 м была найдена средняя скорость восходящего потока на модели, равная 0,09 м/с. При установлении в кольцевом пространстве восходящего потока со средней скоростью 0,09 м/с осуществлялась засыпка гравия среднего диаметра 0,0015 в пространство между двумя стеклянными трубами. В процессе засыпки часть гравийного материала осаждалась, часть выносилась из кольцевого пространства модели, а некоторые частицы зависали в восходящем потоке, образуя подобие облака. С увеличением объема засыпаемого гравия плотность облака зависших частиц увеличивалась, а количество гравия, выносимого из кольцевого пространства, сначала постепенно уменьшилось, а затем резко прекратилось. Спустя некоторое время в межтрубном пространстве из облака скопления частиц определенной фракции образовалась гравийная пробка, нижняя поверхность которой приняла форму арки. Под гравийной пробкой образовалась пустота, т.е. гравийный фильтр в восходящем потоке намылся не в зоне установки фильтра-каркаса, а в кольцевом пространстве над сформировавшейся пробкой. Лишь незначительный объем наиболее крупных фракций гравия преимущественно правильной формы осаждался в начальный период закачки у башмака фильтра-каркаса.

Восходящим потоком выносился гравий размером менее 0,5 мм. Однако в вынесенном материале были частицы более крупных фракций (до 1 мм) правильной, окатанной формы. Анализ материала, слагающего гравийную пробку, показал, что он состоит из частиц размером до 0,8 мм.

Описанный опыт подтверждает выдвинутый ранее первый вариант пробкообразования, согласно которому в кольцевом пространстве скважины пробка образуется за счет постепенного повышения концентрации частиц гравия определенной крупности на некотором участке потока.

Аналогичные опыты были проведены при средних скоростях восходящего потока соответственно 0,07; 0,05; 0,03 и 0,015 м/с. В отличие от первого опыта, сформировавшаяся гравийная пробка в кольцевом пространстве при меньших скоростях потока состояла из более мелких фракций гравия. При U = 0,05 м/с диаметр частиц пробки не превышал 0,0005 м, а для U = 0,03 м/с - 0,004 м. Необходимо отметить, что при уменьшении скорости восходящего потока процесс формирования гравийной пробки затягивался и при U = 0,015 м/с D = 0,08 гравийная пробка не сформировалась и только незначительная часть гравийных частиц налипла на стенках скважины над кольцом, имитирующим муфту эксплуатационной колонны. При прекращении подачи жидкости в модель зависшие частицы оседают на поверхности гравийного фильтра.

Из проведенных опытов следует, что в восходящем потоке образование пробок протекает двумя путями. При наличии в гравийном материале, используемом при засыпке, частиц с гидравлической крупностью, равной средней скорости потока, наблюдаются их зависание в определенном интервале, постепенное увеличение концентрации частиц и затем пробкообразование.

Опыт при средней скорости в кольцевом пространстве модели и = 0,0015 м/с показал, что при отсутствии в гравийном материале частиц гидравлической крупности, близкой к средней скорости потока, часть частиц вытянутой, неправильной формы зависает на стенках скважины. Очевидно, с увеличением концентрации частиц неправильной формы в материале засыпки, что наблюдается при засыпке гравия больших, чем на модели, объемов, за счет налипания частиц на стенки колонны вероятность пробкообразования увеличивается. Это предположение было подтверждено экспериментально. В восходящем потоке жидкости в межтрубное пространство модели засыпался гравий и из пристенных областей отбирались частицы неправильной формы.

При отборе частиц неправильной формы (k < ккр) в объеме, достаточном для гравийной засыпки, на модели провели следующий опыт. В кольцевое пространство модели в восходящий поток подавался только гравий неправильной формы. В процессе эксперимента на направляющем фонаре была получена гравийная пробка, не разрушавшаяся при остановке и повторном включении циркуляции воды на модели. Образование пробок по пер-

вому варианту протекает гораздо быстрее, чем по второму, и поэтому первый вариант - доминирующий для восходящих потоков.

Избежать пробкообразования по первому варианту на первый взгляд можно, если использовать при засыпке гравийный материал гидравлической крупностью большей, чем скорость потока на любом интервале движения гравийной смеси. Однако, как было доказано выше, гидравлическая крупность определяется не только средним размером, но и формой частиц. В любом материале засыпки имеются частицы гидравлической крупности меньшей или равной скорости восходящего потока, и частицы неправильной формы даже при значениях к > ккр могут зависать в потоке, способствуя пробкообразованию. Кроме этого, на практике соосно установить эксплуатационную колонну внутри стенок скважины или обсадных труб невозможно.

Эксплуатационная колонна на некоторых участках скважины приближается к стенкам скважины, а иногда и контактирует с ними. Из теории промывки скважин известно, что при определенном приближении колонны к стенкам скважины образуется застойная зона, восходящий поток в которой отсутствует. Поэтому по мере приближения эксплуатационной колонны к стенкам скважины будет изменяться активная площадь сечения потока и соответственно его средняя скорость. На участках скважины, где застойная зона наиболее велика, средняя скорость восходящего потока значительно возрастает, что увеличивает вероятность пробкообразования.

Предположение, что несоосность установки фильтровой колонны в скважине влияет на пробкообразование, подтвердилось опытом. Внутренняя стеклянная труба была установлена на расстоянии 1,5 см от внутренней поверхности большой трубы. При засыпке гравия при значениях и = 0,015 м/с сформировалась гравийная пробка, получить которую при центрированной установке внутренней трубы при тех же значениях расхода и том же гравийном материале невозможно.

Правомерность первой гипотезы пробкообразования подтвердилась на экспериментальной скважине. При закачке гравия по методике ПСО «Востокбурвод» над выпускными отверстиями надфильтровой трубы образовалась гравийная пробка, а проволочный фильтр почти не обсыпался и непосредственно контактировал с песком водоносного пласта. В начальный период образования пробки из скважины выносились мелкие фракции гравия, а средние зависали над фильтром. На втором этапе концентрация зависших гравийных частиц увеличилась до критических значений. В этот момент мелкие частицы были лишены возмож-450