Методика розрахунку основних параметрів гідропіскоструминної перфорації

1) Визначаємо значення густини перфорації для певної глибини каналу ГПП, які повинні забезпечувати наступну умову . Чисельні значення параметрів перфорації для заданого знаходимо з рис. 3. 4 і зводимо в табл. 3.1. Наприклад значення густини перфорації при певній глибині каналу ГПП для становитимуть:

 

Таблиця 3.1 – Значення густини перфорації при визначеній глибині каналу ГПП

	, мм	, отв/м	, мм
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8

 

 

Рисунок 3.4 – Зміна коефіцієнта гідродинамічної досконалості свердловин за характером розкриття пласта в залежності від розмірів каналів і густини перфорації (перша цифра – номер кривої; друга – довжина каналів, мм; третя – радіус каналів, мм): ГПП: 1 – 300, 45; 2 – 200, 38; 3 – 150, 75; 4 – 125, 22; 5 – 100, 19; КП: МПа; 6 – ПКС 105 (120, 8); 8 – ПКС 80 (80, 35); 9 – ПКС 103 (67, 3); МПа; 7 – ПКС 105 (90, 5). Ймовірність утворення каналу КП – 50%; - 100 м; м.

 

2) Розраховуємо глибину каналу ГПП - , щоб отримати потрібну довжину каналу в пласті , яка розраховується за формулою

, (3.1)

де радіус свердловини, який визначається за показами каверноміра в інтервалі формування отворів ГПП, мм;

- довжина каналу ГПП, мм (див табл. 3.1);

- радіус гідро піскоструминного апарата, мм. Приймати мм;

- віддаль від торця насадки апарата до стінки експлуатаційної колони, мм, яка розраховується за формулою

, (3.2)

де - зовнішній діаметр експлуатаційної колони, мм;

- товщина стінки експлуатаційної колони, мм.

3) Оцінюємо міцність гірських порід за їх пористістю (див. лаб. роб. №2 формула (2.4)).

4) Згідно даних приведених в табл. 3.1 – 3.2 і вибраного нами діаметру насадки перфоратора вибираємо необхідні параметри різання.

 

Таблиця 3.2 – Зміна довжини каналу в залежності від режимів їх різання і діаметру насадки, мм

Час, хв.	Міцність гірської породи на стиск, МПа
20	50	100	150
Перепад тиску в насадці, МПа
30	20	30	40	20	30	40	30	40
	219	112	136	173	76	93	112	67	79
	240	123	149	189	82	102	122	73	86
	264	135	164	208	92	113	134	80	94
	276	141	172	217	96	119	140	84	99
Примітка: в чисельнику для насадки діаметром 4,5 мм, в знаменнику – діаметром 6 мм

 

 

5) Розраховуємо необхідну витрату рідини для вибраної нами кількості насадок за залежністю

, (3.3)

де - витрата рідини, м³/с;

- діаметр насадки, м;

- кількість насадок в гідро піскоструминному апараті, яка залежить від їхнього діаметра, діаметра НКТ і глибини свердловини. Для середніх глибин м, мм і мм - , а для мм - ;

для насадок апарата АП – 6М і водопіщаної суміші;

- перепад тиску в насадках, МПа;

- густина водопіщаної суміші, кг/м³. Наприклад, для суміші води з піском при концентрації піску 50 кг/м³, густина суміші кг/м³.

6) Розраховуємо очікувані втрати тиску під час проведення ГПП в свердловині в залежності від витрати водопіщаної суміші на основі експериментальних даних, значення яких приводяться в табл. 3.3.

 

Таблиця 3.3 – Втрати тиску під час циркуляції водопіщаної суміші для ГПП в свердловині

, л/с	Втрати тиску на 100 м глибини для конструкції колони, мм при
мм і , мм	мм і , мм
60,0	73,0	88,9	60,0	73,0	88,9
	0,030	0,025	0,020	0,020	0,018	0,015
	0,130	0,115	0,100	0,120	0,100	0,080
	0,310	0,270	0,230	0,270	0,230	0,190
	0,520	0,440	0,370	0,420	0,360	0,310
	0,720	0,620	0,520	0,560	0,490	0,430

 

 

Загальні втрати тиску становлять

, (3.4)

де - глибина спуску колони НКТ разом з перфоратором, м;

- втрати тиску, які припадають на 100 м НКТ; визначають з табл. 3.3 в залежності від витрати рідини і розмірів експлуатаційної колони та НКТ, МПа.

Очікуваний тиск на гирлі свердловини під час ГПП розраховується за формулою

. (3.5)

Час, необхідний для утворення каналу, орієнтовно приймають хв.

Вибираємо режим, для якого тиск на гирлі в 1,5 раза менший, ніж тиск опресування насосних агрегатів. Тиск опресування не повинен перевищувати максимальний тиск приймальних агрегатів. Таким чином повинна виконуватися наступна умова:

, (3.6)

де . (3.7)

Якщо для встановленого значення параметра режимні параметри неможливо прийняти, тоді потрібно знизити рівень . Після знаходження нових режимних параметрів гідропіскоструминної перфорації розрахунки за вище приведеною методикою повторяють.

Розрахунок режимів роботи насосних агрегатів і кількість спеціальної техніки для проведення ГПП проводять, виходячи з необхідного перепаду тиску на насадках перфоратора з врахуванням їх діаметру і кількості, причому враховують першу знизу від вибою свердловини глибину отвору ГПП, а також діаметр і товщину стінок експлуатаційної колони та НКТ.

7) Спочатку розраховуємо витрату рідини (м³/c) під час різання через насадки апарату за формулою (3.3). Переважно приймають кількість насадок, при якій витрати рідини не перевищували 0,025 м³/с з метою обмеження можливих гідравлічних втрат. Приймають для насадок з мм і для . Для коноїдальних насадок

8) Визначаємо густину водопіщаної суміші за формулою

, (3.8)

де - густина абразивного матеріалу, для зерен кварцового піску кг/м³;

- густина рідини, кг/м³. Використовують воду: кг/м³, мПа ∙ с.

Звідси

, (3.9)

де - концентрація піску в рідині, кг/м³.

9) Розраховуємо значення з перетвореної формули Дарсі-Вейсбаха як суму гідравлічних втрат в колоні НКТ і міжтрубному просторі:

, (3.10)

де - глибина нижнього отвору перфорації, м;

- зовнішній діаметр експлуатаційної колони, мм;

- зовнішній діаметр НКТ, мм;

- товщина стінки труб експлуатаційної колони, мм;

- товщина стінки НКТ, мм.

, (3.11)

де - в’язкість рідини без піску, мПа·с.

Розрахований за формулою (3.5) тиск на гирлі свердловини порівнюємо з характеристикою насосних агрегатів і допустимим тиском, вирахуваним за формулами (3.6) і (3.7), коли приймаємо рішення про режим їх роботи.

10) Розраховуємо необхідний тиск опресування напірних ліній

(3.12)

11) Розраховуємо кількість насосних агрегатів за формулою

, (3.13)

де - витрати рідини насосного агрегату під час нагнітання на такій швидкості, при якій робочий тиск є меншим за розрахунковий.

Для проведення гідропіскоструминної перфорації використовують насосний агрегат типу 4АН-700.

 

Таблиця 3.4 – Характеристика насосного агрегату 4АН-700

Швидкість	, МПа	, л/с
I		4,1
II		5,5
III		7,8

Частота обертання колінчатого вала насосного агрегату для 4АН-700 становить 1300 об/хв. Кількість обслуговуючих агрегатів, які подають рідину з низьким тиском на піскозмішувальну машину (цементувальний агрегат) визначають за формулою

(3.14)

Обв’язку наземного обладнання з гирлом свердловини і кількість спеціальної техніки для реалізації гідропіскоструминної перфорації на основі проведених розрахунків слід подати у вигляді схеми, як це показано на рис. 3.4.

 

Рисунок 3.5 – Схема обв’язки обладнання при проведенні гідропіскоструминної перфорації в свердловині: 1 – гідропіскоструминний перфоратор; 2 – муфта-репер; 3 – обсадна колона; 4 – колона НКТ; 5 – сальник для ущільнення гирлової частини свердловини; 6 – зворотній клапан; 7 – фільтр для піску; 8 – високонапірні насосні агрегати; 9 – блок маніфольда; 10 – піскозмішувач; 11 – насосні агрегати низького тиску; 12 – викидна лінія в ємність; 13 – сито для уловлювання шламу; 14 – ємність для рідини.

Завдання

Оцінити основні режимні параметри та розрахувати режими роботи насосних агрегатів і кількість спеціальної техніки для проведення гідропіскоструминної перфорації в свердловині. Вихідні дані для проведення обрахунків подано в табл. 3.5.

 

Таблиця 3.5 - Вихідні дані для обрахунків

№ варіанта	Коефіцієнт гідродинамічної досконалості свердловини φс	Інтервал перфорації Hп, м	Радіус свердловини rс, м	Коефіцієнт пористості m0, %	Зовнішній діаметр експлуатаційної колони dз.Е.К, 10-3 м	Товщина стінки труб експлуатаційної колони δсЕ,К, 10-3 м	Зовнішній діаметр НКТ dз.НКТ, 10-3 м	Товщина стінки колони НКТ δсНКТ, 10-3 м
	0,7	2510 - 2524	0,10	7,2	146,0	10,7	60,0	5,0
	2400 - 2417	8,0
	2520 - 2542	9,1
	2342 - 2378	10,0
	2200 - 2236	8,7
	2600 - 2635	9,5
	2440 - 2460	10,6
	0,6	2550 - 2581	0,20	17,0	168,3	12,1	88,9	6,5
	2500 - 2519	15,4
	2462 - 2490	16,8
	2643 - 2665	14,4
	2596 - 2611	12,3
	2224 - 2240	12,0
	2300 - 2321	11,7
	0,8	2000 - 2018	0,08	11,0	146,0	9,5	73,0	5,5
	2700 - 2720	14,2
	2689 - 2698	15,8
	1980 - 1997	16,0
	1915 - 1934	16,6
	2478 - 2493	11,4
	2400 - 2423	13,7
	0,7	2389 - 2400	0,18	14,1	168,3	10,6	88,9 88,9	6,5
	2321 - 2339	9,3
	2456 - 2483	10,2
	2513 - 2529	11,3

 

Питання для контролю

1. В чому полягає суть проведення гідропіскоструминної перфорації в свердловині?

2. Як проводиться обґрунтування вибору свердловини для проведення гідропіскоструминної перфорації?

3. Порядок виконання робіт і технологія проведення ГПП.

4. Що використовують у якості абразивного матеріалу для проведення ГПП?

5. Поясніть схему формування каналу під час ГПП?

6. Що являє собою гідропіскоструминний апарат?

7. Які основні параметри оцінюють під час проведення гідропіскоструминної перфорації в свердловині?

8. Як проводиться обв’язка наземного обладнання і кількість спеціальної техніки з гирлом свердловини під час проведення ГПП?

9. Поясніть методику розрахунку основних параметрів різання під час ГПП?

10. Обґрунтуйте розраховані вами параметри реалізації гідропіскоструминної перфорації в свердловині?