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

сложения уменьшается и соответственно обеспечиваются улучшенные фильтрационные свойства слоя песка, контактирующего с фильтром. При вытянутой, продолговатой форме частиц происходит необратимая закупорка отверстий, уменьшение эффективной скважности фильтра и резкое увеличение его гидравлического сопротивления. Интенсивность закупорки зависит от формы отверстия фильтра, находящегося в контакте с породой. Наиболее сильно эффект закупорки проявляется в сетчатых и проволочных фильтрах, а также некоторых других конструкциях, предусматривающих расширение отверстий в направлении песка.

После установки фильтра в заданный интервал при подъеме инструмента возникает депрессия и порода продуктивного пласта обжимает фильтр; вокруг отверстий образуются своды естественного равновесия. При освоении скважины и стимуляции притока на частицы, которые непосредственно прилегают к отверстиям, действует гидродинамическая сила, способствующая уплотнению частиц и частичной суффозии. Вследствие расширяющейся к породе форме отверстий при уплотнении породы возникает эффект «клина», приводящий к интенсификации снижения пористости и проницаемости прифильтрового слоя породы. Часть частиц породы выносится через отверстие, а другая часть закупоривает поры и цементирует естественный скелет породы, контактирующей с отверстием.

Степень уплотнения породы и цементации отверстия зависит от количества расклинивающих граней. В случае проволочного фильтра таких граней две, а в случае сетчатого покрытия - четыре. Функцию расклинивающих граней может выполнять не только фильтрующее покрытие, но и поверхность уже заклинившихся в отверстиях частиц. При застревании частиц в отверстиях расклинивающий эффект в существенной степени ухудшает гидравлические параметры фильтра.

При каптировании продуктивных пластов, сложенных разно-зернистыми песками, избежать расклинивания породы в отверстиях фильтра очень сложно из-за самых разнообразных соотношений размеров отверстий и частиц. Крупные фракции застревают в отверстиях, мелкие в процессе откачки цементируют пористое пространство, снижая проницаемость контактной зоны. Некоторые конструкции фильтров предусматривают работу отверстий без контакта с породой. Это фильтры с коническими отверстиями, гравитационные и тарельчатые конструкции. Указанные типы фильтров предусматривают образование сводов равновесия из частиц в процессе устойчивой работы. В реальных условиях своды равновесия при изменении режимов эксплуатации периодически разрушаются, что приводит к проникновению

внутрь фильтра песка или гравия и заклиниванию отверстий. В этой связи избежать закупорки отверстий породой сложно, хотя расклинивающий эффект, снижающий проницаемость зоны, возможно предотвратить.

Закупорка отверстий породой наиболее интенсивно происходит в интервалах фильтра, характеризующихся максимальными скоростями притока. Поэтому в процессе освоения скважины и стимуляции притока гидравлическое сопротивление фильтра за счет контактных потерь будет изменяться, увеличиваясь в наиболее обильных интервалах и оставаясь приблизительно постоянным в менее обильных. Процесс закупорки отверстий породой продуктивного пласта способствует выравниванию эпюры входных скоростей по длине фильтра. Однако выравнивание скоростей достигается за счет снижения притока в перспективных интервалах и не способствует получению больших дебитов.

Гидравлический параметр фильтров х = ЦП считается величиной переменной и изменяющейся по длине фильтра в зависимости от состава, свойств контактирующей породы и режимов притока.

Из гидравлики известно, что коэффициенты сопротивления с меняются с изменением режима движения потока, характеризующегося числом Рейнольдса (рис. 1.14). С увеличением скорости движения потока коэффициент сопротивления уменьшается. Следовательно, по длине фильтра коэффициент сопротивления или гидравлический параметр будет меняться даже при одинаковом эффекте наложения частиц. Измеренный в лабораторных условиях гидравлический параметр х, рассчитанный по формуле (1.50), носит обобщенный характер и справедлив только для образца модели заданной длины в испытуемых режимах и только при контакте с аналогичной породой. Обеспечить такое подобие почти невозможно, поэтому переносить расчетный по данным эксперимента гидравлический параметр с достаточной степенью достоверности в реальные условия нельзя.

Рассмотрим обобщенную модель движения потока в фильтре в общем виде. Закон сопротивления при обтекании потоком любых тел описывается зависимостью

Fc =ф лЦdv + ф тР d2 v2, (1.52)

где Fc - сила гидродинамического сопротивления; фл, фт - коэффициент соответственно ламинарного и турбулентного сопротивления обтеканию; d - размер структурного элемента фильтра; ц, р - соответственно вязкость и плотность пластового флюида; v -скорость обтекания.

Рис. 1.14. Зависимость коэффициента сопротивления с от режима движения потока при обтекании различных поверхностей

1 - 0,125; 2 - 0,22; 3 - 0,6; 4 - 1; 5 - 1,6

Перепад давления на обтекаемом элементе фильтра можно определить из выражения (1.52)

(1.53)

Решая квадратное уравнение (1.53), получаем общий вид зависимости скорости от перепада давления на фильтре

фл ц

J5-1 флц

(1.54)

При ламинарном потоке скорость истечения через фильтр определяется только линейным членом

v dJ5/ ф1ц, (1.55)

а при турбулентном истечении - квадратичным членом

(1.56)

Нельзя рассматривать только ламинарный или только турбулентный режим истечения из отверстий в фильтре, так как обычно наблюдается и тот и другой режим в разных сечениях. Ламинарный режим характерен для областей с низкими скоростями фильтрации (в нижних интервалах фильтра), а турбулентный - для интервалов наиболее обильного притока.

Сопоставляя выражение (1.48) с равенствами (1.55) и (1.56), можно сделать вывод, что х = ЦП в зависимости от режима 58