Перфорация скважин

p>Усилия в муфтовом соединении НКТ в верхнем - наиболее опасном сечении от веса колонны  НКТ и давления жидкости не должны превосходить усилия, страгивающего  резьбовое соединение муфт, Рстр.

Общие гидравлические потери при гидропескоструйной перфорации складываются из следующих: P1 -  потерь давления на трение в НКТ при движении песчано-жидкостной смеси от устья  до пескоструйного аппарата; ?P - потерь давления в насадках, определяемых по графикам или расчетным путем; P2 - потерь на трение восходящего потока жидкости в затрубном кольцевом  пространстве; P3 -  противодавления  на устье скважины в затрубном  пространстве при работе по замкнутой  системе.

Так как гидростатические давления жидкости в НКТ и кольцевом  пространстве уравновешены, то давление нагнетания на устье Pу будет равно  сумме всех потерь:

Величина P1 определяется по формулам трубной гидравлики

где коэффициент  трения ? определяется как обычно, через  число Re, но увеличивается на 15 - 20% вследствие присутствия песка в жидкости; L - длина НКТ; dв - внутренний диаметр  НКТ; vт - линейная скорость потока в  НКТ, vт = 4Q/(?dв2); ? - плотность песчано-жидкостной смеси. 
 

Величина  ?P определяется по графикам (см. рис. 4.9). Величина Р2 также  определяется по формуле трубной  гидравлики для движения жидкости по кольцевому пространству

где Dв - внутренний диаметр  обсадной колонны, dн - наружный диаметр  НКТ.

vк = 4Q/(?(Dв2 - dн2)) - линейная  скорость восходящего потока  жидкости в кольцевом пространстве, которая не должна быть меньше 0,5 м/с для полного выноса песка  и предупреждения прихвата труб.

Во ВНИИ были определены суммарные потери на трение (Р1 + Р2) в  реальных скважинах при прокачке водопесчаных смесей (рис. 4.11). Суммарный  расход жидкости равен произведению числа действующих насадок n на расход жидкости через одну насадку qж:

Например, при шести  насадках и расходе через одну насадку 4 л/с общий расход составит 24 л/с, а потери на трение в скважине глубиной 1700 м при 168-мм колонне и 73-мм НКТ составит около 8,2 МПа (см. рис. 4.11). При расходе через 4,5-мм насадку, равном 4 л/с, перепад давления в насадках ?P составит около 40,0 МПа (см. рис. 4.9)

При выборе перепада давления в насадках следует иметь  в виду, что нижний предел допустимых перепадов должен обеспечить эффективное  разрушение колонны, цементного камня  и породы, а поэтому не должен быть меньше 12,0 - 14,0 МПа для 6-мм насадок  и 18,0 - 20,0 МПа для насадок 4,5 и 3 мм. При очень большой прочности  горных пород  (?сж> 20,0 -  30,0 МПа) нижние пределы, как показывает опыт, целесообразно  увеличить до 18,0 - 20,0 МПа для 6-мм насадки  и 25,0 - 30,0 МПа для 4,5-и 3-мм насадки.

Для точной установки  перфоратора против нужного интервала  применяют в колонне НКТ муфту-репер. Это короткий (0,5 - 0,7 м) патрубок с  утолщенными стенками (15 - 20 мм), который  устанавливают выше перфоратора  на расстоянии одной или двух труб.

 
 
 

После спуска колонны  НКТ в нее опускают на кабеле малогабаритный геофизический индикатор, реагирующий  на утолщение металла. Получая таким  образом отметку муфты-репера, определяют положение перфоратора по отношению  к разрезу продуктивного пласта. Однако при этом необходимо учитывать  дополнительное удлинение НКТ при  создании в них давления. Это удлинение, пропорциональное нагрузке, определяется формулой Гука

где Ру - давление на устье скважины; F - площадь сечения  НКТ; L - длина НКТ; Е - модуль Юнга, Па (обычно 20 •104 МПа); f - площадь сечения  металла труб, м2; z - коэффициент, учитывающий  трение труб о стенки обсадной колонны (принимают 1,5 - 2).

Эти дополнительные удлинения могут быть значительными  и достигать 1 м.

При гидропескоструйной перфорации применяется то же оборудование, как и при гидроразрыве пласта. Устье скважины оборудуется стандартной  арматурой типа 1АУ-700, рассчитанной на рабочее давление 70,0 МПа. Для прокачки песчано-жидкостной смеси используются насосные агрегаты, смонтированные на платформе тяжелых грузовых автомобилей 2АН-500 или 4АН-700, развивающие максимальные давления соответственно 50 и 70 МПа. При меньших давлениях используют цементировочные агрегаты, предназначенные для цементировочных работ при бурении. Число агрегатов n определяется как частное от деления общей необходимой гидравлической мощности на гидравлическую мощность одного агрегата, причем для запаса берется еще один насосный агрегат,

где Q - расчетный  суммарный расход жидкости; Pу - давление на устье скважины; qа  -  подача одного агрегата на расчетном режиме; Ра - давление, развиваемое агрегатом; ? - коэффициент, учитывающий техническое  состояние насосных агрегатов и  их износ ? = 0,75 - 1. Агрегат 4АН-700 снабжен  дизелем мощностью 588 кВт при 2000 об/мин  трехплунжерным насосом 4Р-700 с диаметрами плунжеров 100 или 120 мм. Ход плунжера 200 мм. Коробка передачи имеет четыре скорости. Характеристика агрегата приведена  в табл. 4. 1. Песчано-жидкостная смесь  готовится в пескосмесительном  агрегате (2ПА; ЗПА и др.), который  представляет собой бункер для песка  емкостью 10 м3 с коническим дном. В  нижней части

Таблица 4.1

Характеристика насосного  агрегата 4АН-700

 

* Примечание: к. п.  д. агрегата - 0,83; коэффициент наполнения - 1; частота вращения

вала двигателя  -  1800 1./мин.

бункера вдоль продольной оси установлен шнек. Скорость вращения шнека ступенчато изменяется от 13,5 до 267 об/мин. В соответствии с этим подача песка изменяется от 3,4 до 676 кг/мин. Кроме того, агрегат снабжен  насосом 4НП (насос песковый) низкого  давления для перекачки песчано-жидкостной смеси. Бункер со всем оборудованием  смонтирован на шасси тяжелого автомобиля.

Специальные рабочие  жидкости завозят на скважину автоцистернами или приготавливают в небольших (10 - 15 м3) емкостях, установленных на салазках. В обвязку поверхностного оборудования монтируют фильтры  высокого давления - шламоуловители, предупреждающие  закупорку насадок крупными частицами  породы. Песчано-жидкостная смесь готовится  тремя способами: 

-         с повторным использованием песка  и жидкости (закольцованная схема);

-         со сбросом отработанного песка  с повторным использованием жидкости;

-         со сбросом жидкости и песка. 

Наиболее экономична закольцованная схема, так как при  этом расходы жидкости и песка  минимальные. Кроме того, при использовании  специальных жидкостей (нефть, раствор  кислоты, глинистый раствор и  др.) не загрязняется территория. Для  сравнения можно привести фактические  данные, полученные на Узеньском месторождении. При работе по кольцевой схеме  было израсходовано 20 м3 воды и 4,1 т песка, а при работе со сбросом воды и  песка потребовалось 275 м3 воды и 14 т  песка.

Схема (рис. 4.12) предусматривает  также необходимые операции по промывке скважины как через колонну НКТ, так и через кольцевое пространство. Обязательным элементом схемы обвязки  является установка обратных клапанов на выкидных линиях агрегатов и лубрикатора  или байпаса для ввода шаров-клапанов пескоструйного аппарата.

В качестве рабочей  используют различные жидкости, исходя из условия ее относительной дешевизны, предотвращения ухудшения коллекторских  свойств   пласта и открытого  фонтанирования. Состав жидкости устанавливают  в лабораториях. Для целей ГПП  используют воду, 5 - 6%-ный раствор  ингибированной соляной кислоты, дегазированную нефть, пластовую сточную или  соленую воду с ПАВами, промывочный  раствор. В случае если плотность  рабочей жидкости не обеспечивает глушение скважины, добавляют утяжелители: мел, бентонит и др.

Объем рабочей жидкости принимается равным  1,3 - 1,5 объема скважины при работе по замкнутому циклу. При работе со сбросом объем  жидкости определяют из простого соотношения,

(4.32)

где qн - -принятый расход жидкости через одну насадку; n - число  одновременно действующих насадок; t - продолжительность перфорации одного интервала (15 - 20 мин); .N - число перфорационных интервалов. 

Количество песка  принимается из расчета 50 - 100 кг песка  на 1 м3 жидкости. 

Процесс ГПП связан с работой насосных агрегатов, развивающих  высокие давления, и в некоторых  случаях с применением горячих  жидкостей. Поэтому проведение этих работ регламентируется особыми  правилами по охране труда и пожарной безопасности, несоблюдение которых  может привести к очень тяжелым  последствиям. Перед началом работ  обязательна  опрессовка всех коммуникаций на давление, в 1,5 раза превышающее рабочее. ГПП осуществляют, начиная с нижних интервалов.

Пескоструйная перфорация в отличие от кумулятивной или  пулевой перфорации позволяет получить каналы с чистой поверхностью и сохранить  проницаемость на обнаженной поверхности  пласта. Громоздкость операции, задалживание мощных технических средств и  большого числа обслуживающего персонала  определяют довольно высокую стоимость  этого способа перфорации и сдерживают ее широкое применение по сравнению  с кумулятивной перфорацией.