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

токе контролировали визуально через стеклянную трубу. Во всех четырех опытах при использовании гравийной смеси исходного гранулометрического состава пробкообразования получить не удалось. Однако часть частиц зависала на границах потока. Особенно крупное скопление частиц наблюдалось на пластмассовом патрубке, имитирующем муфту фильтровой колонны. Зависшие частицы были вытянутой, неправильной формы.

Исследовалось распределение частиц гравия в нисходящем потоке в зависимости от формы, для чего на стеклянную трубу, имитирующую фильтровую колонну, надевалось устройство из коаксиальных патрубков, описанное выше. Опыты показали, что частицы неправильной формы в нисходящем потоке движутся в его периферийных областях, а правильной - в центральной области (рис. 8.23, б). Из графика следует, что частицы с коэффициентом формы меньшим 0,4 прижимаются к границам потока и зависают на них. Полученный опытным путем коэффициент формы превосходит найденные теоретическим путем значения ккр = 0,31. Это расхождение объясняется, во-первых, погрешностью эксперимента, а во-вторых - приближенной аппроксимацией диаграмм распределения частиц (которые получены путем анализа частиц из межпатрубкового пространства устройства) в кривую распределения частиц на рис. 8.23, а.

Гравийный материал, используемый на модели, был классифицирован по форме. Для этого частицы, движущиеся в пристенных областях потока, отбирались.

Дальнейшие эксперименты проводились только с использованием гравия неправильной формы. Из четырех опытов в трех случаях была получена гравийная пробка, перекрывающая все кольцевое пространство модели. В одном эксперименте гравийная пробка перекрыла кольцевое пространство только с одной из сторон стеклянной трубы, имитирующей фильтровую колонну, а с другой стороны гравий осаждался на поверхности намываемого гравийного фильтра. Однако намываемый фильтр формировался только с одной из сторон внутренней стеклянной трубы.

Необходимо отметить, что все гравийные пробки, намываемые на модели, формировались в месте установки на внутренней стеклянной трубе пластмассового патрубка, имитирующего муфту фильтровой колонны, а нижний свод гравийной пробки после остановки насоса принимал форму арки. При критериях подобия G = 0,1 • 103 0,4 • 103 гравийные пробки не разрушались.

При использовании исходного (неклассифицированного по крупности) гравия пробкообразования удалось избежать. Это объясняется тем, что в кольцевое пространство модели попадали гравийные частицы неправильной формы меньше критических

значений. При использовании в процессе сооружения гравийного фильтра частиц только неправильной формы образование пробок наблюдалось во всех четырех опытах. Итак, если относительный объем частиц неправильной формы (используемого на модели исходного гравия) составил 0,42, то при увеличении объемов засыпаемого исходного гравия в 2,1 раза, количества некондиционных по форме частиц в этом объеме было бы достаточно для пробкообразования.

Учитывая, что длина эксплуатационных фильтров скважин на воду минимум в 5 раз превышает длину фильтра на модели, можно утверждать, что в кольцевом пространстве скважины будут образовываться пробки. Причем некоторая часть фильтра будет обсыпана нормально. Такая засыпка гравия будет наблюдаться до тех пор, пока в скважину не поступит критическое количество некондиционных по форме частиц. Приняв во внимание результаты эксперимента, можно записать, что критический объем гравийных частиц неправильной формы

= 2,1ф(Dк2 - Dф). (8.74)

Подставляя в формулу (8.74) значения длины фильтра на модели /фм = 2,2 м, получаем

= 4,6(Dк2 - Dф). (8.75)

Необходимо отметить, что в зависимости от качества исходного гравия (окатанности частиц) постоянный коэффициент в формуле (8.75) может измениться в широких пределах. Так, при наличии в гравийном материале некондиционных по форме частиц в объеме 20 % (что на практике встречается очень редко) значение постоянного коэффициента в равенстве (8.75) достигает 11 м. В этой связи при оборудовании гравийного фильтра в скважине длиной более 11 м даже при высококачественном гравии пробкообразование неизбежно. При использовании обычного гравия пробкообразование наблюдается уже при длине фильтра более 5 м.

Учитывая, что способов классификации частиц гравия по форме нет, можно утверждать, что на практике при засыпке гравия в нисходящем ламинарном потоке гравийные пробки образуются в кольцевом пространстве скважины всегда после подачи критического объема частиц неправильной формы. Нижняя часть фильтра-каркаса перекрывается гравием, а после пробкообразования формирование гравийного фильтра прекращается и верхние отверстия фильтра-каркаса остаются оголенными. При ис-

пользовании на практике гравия, аналогичного используемого в опытах на модели, гравийный фильтр формируется только на высоту 4,62 м от забоя скважины. Эксперименты подтвердили выдвинутое ранее предположение о возможности формирования гравийных пробок в нисходящем и восходящем потоках. При наличии в потоках любого направления предпосылок для образования гравийных пробок первостепенное значение приобретает выбор таких режимов закачки гравийной смеси, при которых предупреждается пробкообразование за счет разрушения первичных структур гравийной пробки под воздействием турбулентных вихрей.

Серия опытов была посвящена оценке устойчивости гравийных пробок в кольцевом пространстве модели при различных скоростях движения потока воды. В теоретической части было показано, что при увеличении скоростей потока (степени его турбулизации) вероятность образования гравийных пробок уменьшается. В качестве основной причины уменьшения вероятности пробкообразования была выдвинута гипотеза о разрушении гравийных пробок под воздействием пульсирующих скоростей потока (скоростей единичных вихрей). Большинство исследователей связывают величину пульсационной скорости со степенью турбулизации потока. Попробуем выявить зависимость между характером разрушений гравийной пробки и обобщенным критерием подобия потока на модели и в натуре, позволяющем учесть влияние, с одной стороны, условий, способствующих образованию гравийных пробок, а с другой стороны, через параметр Рейнольдса Re, входящего в G, степень турбулизации потока.

Опыты проводились для различных зазоров между трубами в следующем порядке. В кольцевом пространстве на модели принудительно сформировывали гравийные пробки различной мощности. Затем, постепенно открывая сливной кран и включая центробежный насос на модели, обеспечивали нисходящую фильтрацию жидкости через пробку с постепенным увеличением скорости нисходящего потока. Скорость потока, при которой происходило разрушение гравийной пробки в кольцевом пространстве модели, фиксировалась. Максимальная скорость потока ограничивалась конструкцией модели и составляла 1,65 м/с.

Первая серия опытов была проведена при внутреннем диаметре стеклянной трубы, имитирующей скважину, Dк = 0,15 м и наружном диаметре фильтровой колонны Dф = 0,1 м. Высота пробки составляла 0,3; 0,6; 0,9 и 1,2 м. При высоте гравийной пробки 0,3 и 0,6 м она разрушалась при средних скоростях нисходящего потока соответственно 1,5 и 1,55 м/с. Пробка высотой 0,9 и 1,2 м при максимальной скорости потока 1,65 м/с не раз-456