Применение технологии НТ с целью промывки (очистки) забоя скважин от песчаных пробок на Холмогорском месторождении

Концентрация твёрдых  частиц, слагающих пробку в технологической  жидкости, поднимающейся по кольцевому пространству, определяется скоростью перемещения ГТ в пробке. [14]

При удалении одиночной  рыхлой пробки концентрация твёрдых  компонентов в понимающейся жидкости мала и практически не оказывает  влияния на  гидростатическое давление. При очистке колонны достаточно большой длинны с несколькими пробками следует контролировать расход технологической жидкости из кольцевого пространства. В том случае, если расход жидкости уменьшается или прекращается вообще, необходимо поднять колонну, продолжая закачку жидкости до возобновления циркуляции. [14]

Специалисты американских и канадских фирм, выполняющих  подобные работы, рекомендуют ограничивать скорость спуска КГТ до 9-12 м/мин, если положение пробки неизвестно. Если оно установлено, скорость может  увеличена до 18 м/мин. В процессе спуска КГТ должна поддерживаться непрерывная циркуляция жидкости. Нежелательно также оставлять КГТ неподвижной в течение длительного времени. [14]

После размыва пробки или её участка  нужно продолжать промывку без изменения глубины подвески КГТ до тех пор, пока из кольцевого пространства не будет вынесен весь объём песка. При дальнейшем спуске колонны следует контролировать нагрузку на инжекторе (по шкале ГИВ) – она должна монотонно увеличиваться  пропорционально глубине спуска. Периодически через каждые 20 м в наклонном и каждые 10 м в  

горизонтальном стволе, целесообразно проверять усилие, необходимое для подъёма колонны. [14]

При разрушении плотной  пробки может возникнуть ситуация, когда воспримет вес КГТ и  её перемещение прекратится. Такое положение однозначно отражается на показаниях индикатора веса колонны ГТ и манометра на НКА регистрирующего давление, развиваемое насосом, - показания первого прибора, уменьшаются, а второго увеличиваются. После определения верхней границы пробки колонну гибких труб поднимают на 3-5 м и увеличивают подачу промывочного насоса до расчётной величины. Скорость перемещения колонны при разрушении такой пробки составляет 1-3 м/с. [14]

Если этого интервала  достаточно для образования объёма, в котором песок находится в взвешенном состоянии за счёт турбулентности жидкости истекающим из КГТ потоком, то при входе в колонну лифтовых труб скорость потока резко возрастает и процесс выноса проппанта идёт нормально. Если это условие не соблюдается, то верхняя граница расположения взвешенных частиц находится ниже башмака лифтовой колонны. В этом случае проппант не будет выносится на поверхность. [14]

Существует  еще ряд переменных величин, влияющих на эффективность очистки ствола при использовании установки «НТ». [14]

Рассмотрим  также действие других переменных:

• тип подземного оборудования, конфигурация гидромониторной  насадки (сопла);

• размер извлекаемых  частиц; 

• вид промывочной  жидкости;

• максимальный угол кривизны скважины; 

• эффект многофазной  струи. [14]

 

 

5.5.3 Гидравлический расчет

 

В качестве промывочных  используют два типа жидкостей: ньютоновские и неньютоновские. К первой группе относятся вода, соляные растворы на воде,  углеводородные жидкости (дизельное  топливо, очищенная нефть и т.п.). Все они имеют постоянную вязкость. [14]

Вторую группу составляют буровые растворы и гели. Для них  характерно наличие зависимости  вязкости от условий течения, они  обладают ярко выраженными релаксационными  свойствами, а зависимость между  скоростью и напряжением сдвига у них не линейна. [14]

Основными показателями процесса промывки скважины являются величины скоростей в колонне  гибкой трубы и затрубном пространстве. [14]

Скорость восходящего  потока при работе с гибкой трубой, как и при любой промывке, должна превосходить скорость оседания в ней твёрдых частиц. Это условие справедливо для вертикальных скважин и наклонных участков в последних с отклонением от вертикали до 45⁰. Для более пологих, и тем более горизонтальных участков скважины процесс выноса твёрдых частиц гораздо сложнее. В таких случаях происходит образование застойных зон в местах контакта гибкой трубы со стенкой скважины или с эксплуатационной колонной. В этой зоне частицы песка оседают, несмотря на достаточно среднюю скорость течения. Для предотвращения этого явления или сведения его отрицательного эффекта к минимуму необходимо обеспечивать достаточную турбулентность потока восходящей жидкости. [14]

Для оценки возможности  выноса твёрдых частиц потоком жидкости используют понятие установившейся скорости оседания частиц. [14]

Основным фактором, ограничивающим скорость движения промывочной жидкости в восходящем потоке, являются гидродинамические  потери на трение  

в КГТ. Для их преодоления  нужно развивать такое давление на входе в колонну, которое ограничено лишь прочностью труб. [14]

В большинстве случаев  основная доля гидродинамических потерь во внутрискважинном оборудовании приходится на колонну гибких труб. Гидравлическое сопротивление кольцевого пространства примерно на порядок меньше этих потерь. Следует иметь ввиду, что при концентрации твёрдых частиц в жидкости до 360 кг/м³ вязкость последней практически не меняется и при расчётах её можно рассматривать как чистую жидкость. Свыше указанного предела необходимо учитывать изменяющиеся свойства жидкости. [14]

Произведем расчет минимального расхода  промывочной жидкости для обеспечения  выноса твердых частиц на поверхность. Условие подъема частиц  восходящим потоком жидкости следующее: [14]

(5.9)

где  U, U_ос – средняя объемная скорость раствора и скорость осаждения частиц  относительно жидкости соответственно, м/с. [14]

Отсюда минимальный расход жидкости получим

(5.10)

где  F_кп – площадь кольцевого пространства, м². [14]

Скорость оседания частиц шлама  в восходящем потоке жидкости зависит от режима течения самого потока и режима обтекания частиц. В турбулентном потоке режим обтекания частиц всегда турбулентный, в ламинарном потоке режим обтекания шлама может быть ламинарным и турбулентным. [14]

 

Для вязко пластичной жидкости получим

(5.11)

где  - плотность извлекаемых частиц и используемого раствора, кг/м³

d_э – эквивалентный диаметр частиц шлама. [14]

Необходимо рассчитать режим течения  жидкости в кольцевом пространстве между обсадной колонной и гибкой трубой диаметром 38мм. [14]

Основное условие ламинарного течения жидкости

Re<Reкр

(5.12)

где  Re и Re_кр – параметр и критический параметр Рейнольдса. [14]

	(5.13)
	(5.14)

где  He – параметр Хедстрема. [15]

(5.15)

где   - динамическое напряжение сдвига, Па;

D – внутренний диаметр обсадной колонны, м;

- пластическая вязкость ВПЖ,  Па*с. [14]

 

При таком режиме скорость оседания частиц шлама в ядре потока и в градиентных зонах различная. Приближенно можно считать, что для частиц

,  Uос=0

(5.16)

где  =5,77*10^-3 м. [15]

Анализ показывает, что  установившаяся скорость оседания для частиц песка размером 0.84мм составляет 0.128м/с, а для 2мм –0.274м/с. Поскольку гранулометрический состав песка в пробке достаточно разнообразен, то расчёты следует проводить с учётом максимальных размеров песчинок, выносимых на поверхность. Считается ,что для обеспечения подъёма песка в вертикальной скважине скорость восходящего потока жидкости должна превышать установившуюся скорость оседания в 1,5 –2 раза, а в горизонтальных участках – в 10 раз. Если ньютоновская жидкость не обеспечивает выноса песка, необходимо использовать пену или гель. [14]

 

5.5.4 Влияние типа промывочного инструмента

 

В настоящем  исследовании прошли испытание три  типа промывочного инструмента (обозначены как сопло А, В и С), каждое из которых имело различные форму и размер жиклера. Для каждого типа сопла было проведено испытание на время, фактически затраченное на очистку, и установлена величина оптимальной скорости очистки при использовании различных скоростей струи. Принято считать, что объем очистки скважины приблизительно равен двум объемам ствола вертикальной скважины. Настоящее исследование это утверждение не подтвердило. [14]

  Для очистки ствола требуется промывка нескольких его объемов при использовании воды в горизонтальном разрезе скважины, вводимой тремя  

различными  типами сопла. Существует нелинейная связь между количеством объемов стволов и скоростью жидкости. Для определенного типа сопла необходимое количество объемов стволов является постоянным в том случае, если скорость жидкости достаточно высока. Однако при низкой ее скорости количество объемов ствола критически возрастает при падении скорости нагнетания. Следует отметить, что в некоторых случаях ствол не будет полностью очищен, если минимальная скорость жидкости не достигнута, и степень очистки будет меняться в зависимости от типа сопла. Очень важно выбрать правильный тип сопла и скорость движения «НТ» для обеспечения эффективной очистки. Параметры выноса твердых фрагментов, взаимодействующие друг с другом, можно сопоставить с параметром безразмерной скорости очистки, и по полученным результатам, с целью обеспечения эффективной очистки, выбрать соответствующие впрыскивающие устройства, скорость струи и поступательно-возвратную скорость гибкой трубы. [14]

 

5.5.5 Влияние  размера твердых частиц

 

Появление твердых частиц на забое скважины может быть обусловлено оседанием пород пласта, выносимых через перфорационные отверстия в эксплуатационной колонне во внутреннюю полость скважины. Этот процесс происходит практически во всех нефтяных и газовых скважинах, и его интенсивность определяется механическими свойствами продуктивного пласта.[14]

Песок может оказаться  на забое скважины после проведения операций  подземного ремонта скважины, связанных с использованием гидропескоструйных перфораторов, и после выполнения гидравлического разрыва пласта. Наконец, определённое количество песка может быть намыто при создании искусственного забоя и т. д. [14]

 

Независимо от причин появления твердых частиц  для  обеспечения нормальной эксплуатации скважины их следует удалять. При этом отрицательное воздействие на пласт должно быть минимальным. [14]

Результаты  исследования (табл. 5.12.) показали, что  твердые частицы, создающие самые  большие трудности при очистке  способом стационарной циркуляции воды, - это фракционный песок диаметром 0,76 мм. Очистка установкой «НТ» выявила другие особенности на основании размера частиц. В настоящем исследовании рассматривались три вида размеров частиц: скважинная пыль, фракционный песок, обломки выбуренной породы, шлам. Представленные результаты исследования частиц различной величины показывают, что при очистке горизонтальной скважины с высокой скоростью нагнетания большие по размеру частицы выносятся легче, чем меньшие. При низкой скорости нагнетания достигается обратный результат. Влияние размера частиц на удаление твердых фрагментов при очистке стационарной циркулирующей водой и гибкой трубой неодинаково. Взаимовлияние различных параметров движения твердых частиц усложняет обобщение результатов и вынесение заключений по данному вопросу. [14]

 

5.5.6 Влияние  вида промывочной жидкости

 

В отличие от обычного способа очистки циркулирующей  водой применение гибкой трубы  в  случае, когда гель не может «подбирать»  твердые частицы, а только омывает пласты твердых частиц, для сильно искривленных скважин является более эффективным.  

Таблица 5.12.

Обеспечение выноса шлама на дневную поверхность

Диаметр КГТ, мм	33			38			42
Диаметр НКТ, мм	73	89	114	73	89	114	73	89	114
Скорость восходящего потока, м/с	1,1611	0,7209	0,3536	1,3167	0,7781	0,3668	1,538	0,8503	0,3821
Минимальная необходимая скорость для выноса шлама, м/с	0,4943	0,4396	0,3939	0,5606	0,4744	0,4087	0,6548	0,5185	0,4257
Обеспечение выноса	+	+	-	+	+	-	+	+	-