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

обеспечения ламинарного режима движения потока во всех элементах системы скважина - пласт, предполагают увеличение диаметра пилот-ствола иногда до 800 мм и более. Глубина проникновения кольматирующего раствора, используемого при первичном вскрытии пласта, особенно в наиболее проницаемых и продуктивных интервалах превышает 100-200 мм, а часто соответствует диаметру зоны турбулизации потока при заданных режимах эксплуатации, т.е. 700-800 мм и более.

Очевидно, что струи, истекающие из гидромониторных насадок, не могут обеспечить эффективного разрушения даже слабо-сцементированной породы на таких расстояниях без проникновения насадки в глубь пласта по мере разработки каверны или дополнительного механического воздействия на забой. Для выбора технологии гидромониторного расширения и конструкции инструмента важно определить динамику разрушения породы во времени.

Если в начальный момент динамическое давление струи превышает критическое, то в породе формируется цилиндрический канал. Н. Маковей обобщил большой объем экспериментов, проведенных различными авторами, и установил, что около 75 % общего объема породы разбуривается в первую секунду. В дальнейшем темп углубки канала падает и уменьшается объем выбуренной породы (рис. 4.16). После 4-5 с воздействия струи на породу увеличения глубины канала почти не происходит.

Интенсифицировать процесс разрушения породы и сократить время воздействия струи на забой позволяет добавка в воду полимерных компонентов. Например, добавка окиси полиэтилена позволяет уменьшить эффективное время воздействия струи на забой более чем в 2 раза.

Рис. 4.16. Зависимость глубины вырабатываемого канала от времени воздействия струи на породу:

1 - пресная вода; 2 - вода с 0,01 % окисью полиэтилена

В нашей стране проводились исследования по выявлению влияния добавок полимеров к воде, используемой для разрушения пород струями высокого давления. Добавки полиакриламида (ПАА) при его содержании в воде 0,0015-0,0035 % позволяют увеличить гидродинамическое давление струи и эффективность разрушения породы. На расстоянии 50 см от насадки динамическое давление увеличивается на 10-30 %, а на расстоянии 130 см - более чем в 2 раза.

Зарубежные исследования показывают, что наиболее эффективны добавки полимеров в водные струи при удалении насадки от забоя на расстоянии более 50 мм (рис. 4.17). Необходимость воздействия струи на определенное место забоя в течение нескольких секунд накладывает свои ограничения на выбор скорости осевого перемещения снаряда и его частоты вращения. Осевая подача инструмента не должна превышать отношения диаметра вырабатываемого в стенках скважины канала к эффективному времени обработки забоя. Эффективная величина обрабатываемого забоя на 30 % выше диаметра насадки, а рациональное время обработки не превышает 5 с.

В начальный момент воздействия струи на забой предполагается, что она перпендикулярна касательной к окружности стенок скважины. Поэтому для определения давления струи на забой, справедливы уравнения (4.12) и (4.14). По мере формирования лунки направление потока в струе и выходящего из лунки становится неперпендикулярным друг другу. В правую часть уравнений (4.12) и (4.14) добавляется множитель (1 - со8 а), где а -угол между поступающим и отводящимся с забоя потоками. При формировании начального углубления в забое l0 становится более 90°, и в правую часть выражений (4.12) и (4.14) добавляется множитель, превышающий единицу. Если направление отводящегося с забоя потока близко к противоположному направлению движения струи, то давление на забой [см. уравнения (4.12) и (4.14)] увеличивается в 2 раза. Этим и объясняется быстрое разрушение породы в течение первых секунд воздействия струи на забой. С развитием лунки забой удаляется от насадки и наступа-

Рис. 4.17. Зависимость глубины вырабатываемого канала от расстояния между насадкой и забоем:

1 - чистая вода; 2, 3, 4 - вода с добавлением соответственно 0,1; 0,2 и 0,05 % полимера

ет момент, когда даже удвоенного гидродинамического давления струи становится недостаточно для дальнейшего формирования забоя.

При перемещении насадки относительно первично сформированной лунки в осевом или радиальном направлениях струя потока начинает воздействовать на наклонную плоскость. Отводящийся с забоя поток жидкости при этом движется под острым углом к исходному направлению движения струи. Косинус угла в данном случае принимает положительные значения, которые меньше единицы, а гидродинамическое давление на забой снижается до значений, меньших, чем рассчитанная по формулам (4.12) и (4.14). Итак, интенсивность разрушения откосов уже сформированной лунки существенно ниже, а глубина соседней полости меньше глубины первичной лунки.

На рис. 4.18 показаны этапы разрушения забоя скважины гидромониторными расширителями. В процессе забурки формируют лунки, число которых соответствует числу гидромониторных насадок (рис. 4.18, а). После перемещения инструмента в осевом или радиальном направлении откосы первичных лунок становятся круче, а промежуточная между ними часть забоя разрушается значительно медленнее (рис. 4.18, б). Профиль забоя при этом ступенчатый, неравномерный (рис. 4.18, в) даже в однородных по физико-механическим свойствам грунтах.

Струйные расширители по характеру воздействия на породу подразделяются на струйные мониторы (гидроаэродинамические), гидротурбинные, гидроимпульсные.

Струйный монитор, предложенный НИНО и ПС (рис. 4.19),

Рис. 4.18. Этапы разрушения забоя скважины гидромониторными расширителями:

а - процесс забурки; б - образование откосов первичных лунок; в - образование ступенчатого профиля забоя