Очистка ствола скважины от песчаных пробок

Нормальная эксплуатация скважин часто нарушается образова­нием песчаных пробок на забое скважины.

В скважинах, через которые эксплуатируются нефтяные гори­зонты, сложенные рыхлыми песками, мощность пробок достигает весьма значительной величины (до 200—400 м). Чаще всего пробки бывают сплошными, т. е. состоящими из сплошного столба песка.

Иногда пробка состоит из перемежающихся столбов песка, жид­кости и газа. Такие пробки называются патронными.

Если на забое образовалась песчаная пробка, перекрывающая фильтр, то притока нефти из пласта не будет, и скважина перестает работать. Для возобновления эксплуатации нужно ликвидировать пробку, т. е. удалить из скважины весь скопившийся в ней песок.

Часто песчаные пробки удаляют желонками. Обычная желонка представляет собой трубу диаметром 75—100 мм с тарельчатым или шариковым клапаном на нижнем конце и с дужкой для прикрепле­ния каната на верхнем. Длина такой трубы обычно не превышает 8—12 м.

Желонку спускают в скважину на канате. Когда до пробки остается 10—15 м, моторист отпускает тор­моз лебедки и желонка под дейст­вием своей силы тяжести ударяется о песчаную пробку. При этом кла­пан открывается и некоторое коли­чество песка входит в желонку.

Для большего наполнения же­лонки ею несколько раз ударяют о пробку. Чтобы опорожнить желонку, ее надо поставить клапаном на ка­кой-либо острый стержень, укреп­ленный в полу буровой; при этом клапан откроется и из желонки вый­дет вся грязь.

Кроме простой желонки, исполь­зуются желонки поршневого дейст­вия, в которых захват песка с забоя скважины происходит в результате создания вакуума в ее рабочей по­лости при движении поршня вверх. Применяются также автоматические желонки, принцип действия которых основан на создании резкого пере­пада давления на забое скважины и в рабочей полости желонки.

Рис. 177. Схема работы беструб­ного гидробура.

Для разбуривания песчаных про­бок применяют также беструб­ный гидробур, который спу-

екают в скважину на стальном канате. Им можно разбурить песчаные пробки в скважинах на глубинах до 2000 м.

Гидробур (рис. 177) состоит из следующих основных узлов: до­лота 1 ударного типа, служащего для разрушения пробки; желонки 2, в которой собирается песок; плунжерного насоса 3, создающего циркуляцию жидкости в призабойной зоне.

Принцип действия гидробура следующий. После падения инстру­мента на забой (рис. 177, а) плунжер насоса 4 под действием своей силы тяжести и инерции при ударе двигается вниз, вытесняя жид­кость из корпуса 5 через отверстия бокового плоского клапана 6. При подъеме инструмента над забоем (рис. 177, б) вначале выдви­гается плунжер, происходит всасывание жидкости из корпуса же­лонки 7 через шариковый клапан 8. Одновременно с этим в желонку

через центральную трубу 9 всасывается жидкость с забоя из-под долота 10. Жидкость, поднимаясь с забоя, увлекает с собой частицы песка, которые после выхода из центральной трубки вследствие рез­кого падения скорости потока оседают на дне желонки. После нескольких ударов по забою желонка заполняется песком.

При разгрузке гидробура долото снимается и через образовав­шееся отверстие песок выходит из желонки. После окончания раз-буривания для удаления из скважины взмученной жидкости к гидро­буру вместо долота присоединяют обратный клапан, и инструмент работает как обычная пневматическая желонка.

Очистка ствола скважины от песчаных пробок желонками, а также гидробуром — длительная и малоэффективная операция: за каждый рейс желонки на поверхность извлекается очень мало песка. Кроме того, при этом изнашивается канат, портится эксплуатационная колонна в результате трения о нее каната. Поэтому такой метод рекомендуется только для неглубоких скважин при небольшой мощ­ности пробок. Предпочтительнее удалять песчаную пробку из сква­жины промывкой. Способ ликвидации песчаных пробок в скважи­нах при помощи промывки их водой или нефтью заключается в сле­дующем.

В скважину до пробки спускают колонну промывочных труб. Через эти трубы или по затрубному пространству прокачивают под давлением жидкость. Под действием струи пробка размывается. Раз­мытая порода вместе со струей жидкости поднимается по кольцевому пространству между эксплуатационной колонной и колонной про­мывочных труб или непосредственно по трубам.

Способ промывки, при котором промывочная жидкость нагнетается в трубы, а смесь размытой породы и жидкости выходит на поверх­ность по межтрубному пространству между обсадной колонной и про­мывочными трубами, называется прямой промывкой. При таком методе по мере вымывания пробки промывочные трубы опу­скают все ниже с таким расчетом, чтобы их башмак все время на­ходился непосредственно над пробкой.

Жидкость прокачивают насосом через промывочную линию, стояк, гибкий шланг и вертлюг в трубы. Восходящий поток жидкости вместе с размытой породой поднимается по межтрубному пространству и выливается в ящик, установленный у устья скважины, откуда течет по желобам до приемного чана.

По мере размывания пробки промывочные трубы медленно опу­скают, пока вертлюг или фланец на трубах не дойдет до устья сква­жины. После этого продолжают прокачку, пока из затрубного про­странства не будет выходить сравнительно чистая жидкость. Тогда наращивают новую трубу или двухтрубку в зависимости от высоты вышки.

Существенным недостатком прямой промывки, значительно сни­жающим ее эффективность, является сравнительно низкая скорость восходящей струи жидкости, вследствие чего размытый песок мед­ленно поднимается вверх. При большом диаметре эксплуатационной

колонны скорость восходящего потока жидкости может оказаться недостаточной для выноса крупных частиц песка.

При обратной промывке промывочная жидкость на­гнетается в кольцевое пространство между эксплуатационной ко­лонной и промывочными трубами, а размытая порода поднимается по подъемным трубам.

Обратная промывка по сравнению с прямой имеет ряд преиму­ществ.

1. При одинаковой производительности промывочного насоса
скорость восходящего потока при обратной промывке в несколько
раз больше скорости при прямой промывке, а от этого в значительной
степени зависит срок ликвидации песчаной пробки.

2. Почти полностью предотвращается прихват труб, так как
в данном случае выносимая порода проходит через промывочные
трубы, а в межтрубном пространстве движется чистая жид­
кость.

3. Обратную промывку можно производить при меньших давле­
ниях на выкиде насоса, так как потребная для выноса песка скорость
струи может быть достигнута при сравнительно небольших расходах
жидкости.

Наряду с этими преимуществами обратная промывка имеет свои недостатки: необходимо применять специальное оборудование для герметизации устья скважины; скорость нисходящей струи в коль­цевом пространстве мала и не всегда может обеспечить размыв по­роды.

Способ обратной промывки нельзя применять для ликвидации очень плотных пробок, когда требуется сильное размывающее дей­ствие струи. В таких случаях надо применять комбинирован­ную промывку.

Способ комбинированной промывки заключается в том, что струю промывочной жидкости от насоса попеременно направляют то в про­мывочные трубы, то в затрубное пространство. Для размыва пробки промывочную жидкость нагнетают в трубы, т. е. осуществляют пря­мую промывку. После размыва некоторой порции песка для быстрей­шего выноса его на поверхность направление движения промывочной жидкости меняется на противоположное, т. е. происходит обратная промывка.

Комбинированная промывка несколько сложнее обратной, но она значительно эффективнее при удалении плотных пробок.

В качестве промывочной жидкости применяют воду, нефть и реже глинистый раствор.

Наиболее удобным и дешевым промывочным агентом является вода; воду легче подать к скважине, она безопасна в пожарном отно­шении, при использовании воды не требуется специальной желобной системы и отстойников, так как отработанную воду можно выпускать из скважины прямо в промысловую канализацию.

Однако применение воды в большинстве случаев осложняет по­следующее освоение и эксплуатацию скважин и приводит к частым

23 Заказ 2145

где т — объем пустот между отдельными частицами песка, занн маемый жидкостью; т = 0,3—0,45 относительного объема; Р — пло­щадь сечения обсадной колонны, м; / — высота промытой пробки по длине одной трубы или одного колена труб, м; / — площадь се­чения кольцевого пространства при прямой промывке и сечения про­мывочных труб при обратной промывке, м; р„ — плотность песка, кг/м3; для кварцевого песка р„ = 2650 — 2700 кг/м3; р — плотность промывочной жидкости, кг/м3; ш — скорость свободного падения частиц песка в жидкости, м/с; VБ — скорость восходящего по­тока, м/с.

повторным образованиям песчаных пробок. Поэтому выбор промы­вочной жидкости прежде всего зависит от характера скважины.

Глинистый раствор для промывки применяется в исключитель­ных случаях, когда промываются фонтанные скважины с большим пластовым давлением и в скважине требуется держать жидкость по­вышенной плотности во избежание выбросов и фонтанирования.

Промывка фильтровой зоны скважины часто сопровождается на­столько сильным поглощением промывочной жидкости, что цирку­ляция прекращается и не восстанавливается. Тогда для ликвидации песчаных пробок применяют промывку скважины аэрированной жидкостью по способу обратной промывки с подкачкой в затрубное пространство сжатого воздуха, продувку скважины сжатым возду­хом или механически удаляют пробку при помощи желонки.

В качестве промывочных труб при промывке используются обыч­ные насосно-компрессорные трубы.

Для промывок скважин применяют передвижные насосы, смон­тированные на автомашине или на тракторе и работающие от их двигателя. Такие установки называются промывочными агрегатами.

Промывочный агрегат устанавливают непосредственно у сква­жины, а подачу жидкости регулируют переключением скоростей двигателя агрегата.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОМЫВКИ

При гидравлическом расчете промывки необходимо исходить из следующих положений.

1. Скорость восходящего потока жидкости должна быть больше скорости падения частичек песка в ней. При расчетах надо ориен­тироваться на максимальные размеры зерен песка по фракционному составу, и тогда скорость подъема размытой пробки будет

е_п=у_в—ш, (202)

_Где _уп — скорость подъема песчинок; у_ь — скорость восходящего потока жидкости; iv — средняя скорость свободного падения песка в жидкости (критическая скорость).

Если принять соотношение 1>_в =.2н>, как предотвращающее зна­чительный рост концентрации песка в эксплуатационной колонне или в насосных трубах в процессе промывки скважины, то

*„=«>.--т—т-- ⁽²⁰³⁾

ы &

Средняя скорость падения в воде зерен песка различного диаметра может быть принята следующей (по различным исследованиям):

0,3 0,25 0,2 0,1 0,01

Диаметр яастиц песка, мм....................

Средняя скорость падения яастиц песка в воде», см/с....... 3,12 2.53 1,95 0,65 0,007

2. При прямой промывке гидравлические потери в промывочных трубах определяются по формуле

^-Х^-^р, ' (204)

где Н_г — потери напора в трубах, Па; Я — длина промывочных труб, м; (1 — внутренний диаметр промывочных труб, м; V_я — ли­нейная скорость нисходящего потока жидкости в промывочных тру­бах, м/с; р — плотность жидкости, кг/м³; Я — коэффициент трения, который подсчитывают по формулам гидравлики или берут на основе следующих опытных данных:

Потери напора при движении жидкости с песком в кольцевом пространстве равны

где ф — коэффициент, учитывающий увеличение потерь напора из-за содержания в жидкости песка; по опытным данным ф = 1,12—1,2; О — внутренний диаметр эксплуатационной колонны, м; ^ — на­ружный диаметр промывочных труб, м; Vв — скорость восходящего потока, м/с. 3. Для определения гидравлических потерь Н^ и А2 при обратной промывке пользуются теми же формулами, но только формула (204) принимается для восходящего потока, а формула (205) для нисходя­ щего. Коэффициент ф надо учитывать при определении потерь напора в восходящем потоке, т. е. в промывочных трубах. 4. В связи с разностью статических напоров в промывочных тру­ бах и в затрубном пространстве из-за содержания песка в восходя­ щем потоке создается добавочный напор, который можно определить по формуле К. А. Апресова:

(206)

23*

(205)

5. Потери напора на преодоление сопротивлений в промывочном
вертлюге Й₄ и в шланге Н_ь могут быть приняты по экспериментальным
данным суммарно (/г₄ + /г₅) следующие:

Расход, л/с.... 3 4 516 8 10 15 20

Потеря напора, Па. 0,4 • 10^Б 0,8 • 10«1,2 • 10»|1,7 • 10» 2,9 • 10* 5 • Ю^в 11 • 10» 20 • Ю⁸

6. Общие потери напора при промывке будут

Л = А₁-^А₂ + А₁ + А₄ + А₆. (207)

ность, равно

7. Время, необходимое для подъема размытой породы на поверх-

Я

где уп — скорость подъема размытой породы. При промывке нефтью меняется лишь значение Я, которое при турбулентном режиме подсчитывается по формуле Блазиуса:

(209) (210) (211) (212)

При ламинарном режиме

где Нв! — число Рейнольдса, определяемое по формуле При движении жидкости в кольцевом пространстве Ке.=

где ун — скорость нисходящего потока, м/с; Vв — скорость восхо­дящего потока, м/с; v — кинематическая вязкость нефти, ма/с. При Не <5 2320 — режим движения чшдкости ламинарный, при Не > 2800 — турбулентный.

(208)